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蜘蛛丝想量产得先“去蜘蛛化”,MIT 开发人造蜘蛛丝技术

  英文原文:Spider silk made without the spiders

  大自然中有许多神奇的材料,蜘蛛丝就是其中之一,别小看细细的蜘蛛丝,它的强度可比高级合金钢,吸收冲击的能力更胜防弹背心材料克维拉,同时具备轻量、高强度的优势,让材料学家觊觎蜘蛛丝已久,不过要用在产业上,最大的问题是要能量产,而大量养殖蜘蛛可不是个好主意,最好是能“去蜘蛛化”人工合成。

  过去许多科学家一直想利用基因工程来合成蜘蛛丝,譬如利用基因改造的蚕,或是尝试基因改造山羊细胞,以及基因改造大肠杆菌来制造组成蜘蛛丝的蛋白质原料等,最新的突破来自麻省理工学院(MIT),MIT 的团队认为蜘蛛丝最适合用来作为手术缝线与人造器官的骨架,因为蜘蛛丝不仅强度高,还是能由人体自行吸收消失的材料,日后无需拆线或取出。

  MIT 团队先利用基因改造细菌生产组成蜘蛛丝的蛋白质原料,将蛋白质分子溶于水中,然后从狭小的开口挤出来,在挤出的过程中,会强迫其中的亲水性分子与疏水性分子排列起来,形成强度高于这些原料的新材料,不过关键是分子的比例,比例一旦错误,产品就毁了,整个程序得从头开始,为了避免旷日废时、不断重来,MIT 团队用电脑模拟,计算分子层级的模拟结果,模拟测试各种不同蛋白质分子以不同比例结合的成果。

  而这也让团队能够开发出因应不同需求的产品,例如手术缝线不需要像蜘蛛丝那么有弹性,团队可以先靠电脑模拟找出不那么有弹性的结构。

  目前,人造蜘蛛丝在强度上还是不如真的蜘蛛丝,不过团队认为靠电脑模拟的力量逐渐微调,找出正确的材料组合,可望逐步改进人造蜘蛛丝的强度、弹性等,而由于这个制程是在室温下以水溶液进行,因此未来很容易进入大量生产,或许在不远的未来,我们就会见到人造蜘蛛丝产品上市了。

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