千百年來,商人將絲綢織物從遠東沿著絲綢之路帶到歐洲,在那裡,這種美麗而堅韌的材料被製成令人眼花繚亂的服裝。如今,生物工程師正在將蠶吐出的天然蛋白質纖維注入酶和半導體。他們在不同的溫度、剪下力和酸性條件下處理改性纖維,以創造出具有非凡效能的新型材料。
醫生喜歡絲線縫合,因為它們堅固且與人體組織相容,這意味著人體的免疫系統不會排斥它們。我們在塔夫茨大學的實驗室最近擴充套件了這些特性,製造出可用作移植物的細管,以替換堵塞的動脈段,這可以消除從患者腿部提取靜脈用於冠狀動脈搭橋手術(通常的手術)的需要。新加坡國立大學的詹姆斯·吳和他的同事們使用植入絲支架中的幹細胞,在活豬的膝蓋中再生了前交叉韌帶。
生物相容性也為工程師提供了一種設計有趣感測器的方法。塔夫茨大學和其他地方的工程師透過在絲綢表面圖案化金屬或薄膜來製造電子和光子材料。醫生可能有一天會將這種薄膜深入大腦,以治療癲癇或脊髓損傷。動物體內的絲植入物已經證明了藥物的緩慢釋放,以控制癲癇發作。
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科學家可以預見植入式感測器,這些感測器可以電子方式監測血液或組織中的營養物質、藥物劑量或細胞,並可以光學方式記錄和傳輸沿絲纖維的資訊。他們可以設計此類裝置,使其在其壽命結束時降解,因此無需手術移除。我們可以透過調整蛋白質晶體結構(賦予絲綢閃閃發光的特性)的大小和排列來程式設計絲綢在特定時間內溶解。
基因進步也近在咫尺。9月,密歇根州蘭辛的克雷格生物工藝實驗室宣佈,他們已經對蠶進行了基因改造,使其生產蜘蛛絲,蜘蛛絲比蠶絲具有更大的拉伸強度,可以改善人工韌帶,甚至是大宗商品,如防彈背心。