關於支援科學新聞報道
如果您喜歡這篇文章,請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞報道 訂閱。購買訂閱將有助於確保未來關於塑造我們當今世界的發現和想法的具有影響力的故事。
一項新的研究應該會讓漫畫書超級英雄蜘蛛俠的粉絲感到高興。德國慕尼黑工業大學 (M.T.U.) 的研究人員構建了一個用於紡織人工蜘蛛絲短鏈的微流體(微型管道)系統。新絲鏈的長度不到半毫米,或 0.02 英寸,其強度和彈性仍未經過測試。
其他研究小組已經創造了長度為數碼或更長的絲鏈,這些絲鏈的效能接近於真正的蜘蛛絲。長期以來,人們一直希望將這種絲鏈編織成更輕的防彈背心或人工肌腱和韌帶,但即使是相對較短的絲鏈,也可能在腦外科手術等醫療程式中找到利基應用,M.T.U. 生物物理學家、這項新研究的共同作者 Andreas Bausch 說。
《蜘蛛俠》漫畫的愛好者會回憶起,與電影的修訂主義相反,蜘蛛俠的網不是從他手腕上的腺體射出的,而是使用他自己設計的一種特殊的網狀液體,從一對腕式噴射器中射出。同樣,研究人員過去也用注射器製造了自己的網狀噴射器。透過一個狹窄的開口,用適當的新增劑強制絲蛋白,使其融合為絲狀。
慕尼黑的研究人員將該技術向前推進了一步。他們研究了人工牽引絲,蜘蛛使用牽引絲從天花板上懸掛下來並勾勒出它們的網,其基礎是歐洲花園蜘蛛 Araneus diadematus [見圖]。該團隊的一名成員此前已將一對牽引絲基因(分別稱為eADF3 和 eADF4)插入細菌中,以便於生產。Bausch 說,如果沒有這些技巧,“你必須擠牛奶才能進行這些實驗。”
Bausch 和他的同事使用三叉形通道組 [見圖] 首先將溶解的絲蛋白與磷酸鉀混合,這會導致絲蛋白聚整合直徑為幾微米(一微米為百萬分之一米)的微觀球體。然後,他們將混合物的 pH 值從 8.0 降至 6.0(使其略微更酸性),並將其強制透過一個寬度約為 10 微米的收縮口。
科學家們在《美國國家科學院院刊》上報告說,他們透過將速度提高到每小時 600 微升以上(相當於花園軟管每分鐘不到 10 盎司),創造了一系列短鏈。
Bausch 和公司認為,pH 值下降導致球體在透過化學粘性末端結合在一起後改變形狀,並且狹窄的收縮口在絲球流動速度足夠快時將它們壓在一起。他們指出,真正的蜘蛛可以用更悠閒的速度紡織它們的絲,因為它們從粘性更高的絲溶液開始。
懷俄明州拉勒米大學的分子生物學家蘭迪·劉易斯說,製造纖維只是第一步。他說,他的團隊已經紡織出長達一碼的絲鏈,其拉伸長度可達 50%,抗拉強度約為真正蜘蛛絲的一半。“如果沒有力學測試資料,”他說,“真的很難分析他們擁有的系統對於應用是否特別有用。”
但他表示,新系統可能有助於研究人員改進人造絲,因為人造絲的效能會因絲鏈的不同而以不可預測的方式變化。蜘蛛俠的科學天才化身彼得·帕克肯定會贊同的。