带有蜘蛛基因的仿生蚕纺出的纤维比凯夫拉纤维坚韧6倍

带有蜘蛛基因的仿生蚕纺出的纤维比凯夫拉纤维坚韧6倍蚕结茧用的纤维已有数千年的栽培历史，但这种纤维虽然丰富，却以脆而闻名。与此同时，蜘蛛却能生产出令人羡慕的坚韧蚕丝，然而，要想大规模培育这种蚕丝却一直遥不可及。研究人员指出，"蜘蛛的食肉特性使得蜘蛛不可能聚集在一起生活，否则几乎所有的个体都会发生殊死搏斗。"这项最新研究可谓两全其美，改变了这种难以捉摸的天然材料的可持续生产方式。十多年来，科学家们一直在努力完善这种仿生"配方"。为了设计出具有独特蜘蛛感官的蚕，米和同事们重点研究了一种来自东亚织眶蜘蛛Araneusventricosus的小丝蛋白。利用CRISPR-Cas9技术，将MiSp蛋白插入到蚕的DNA中，取代了编码蚕主要丝蛋白的基因。科学家们还实现了"定位"，成功激活了家蚕DNA中的基因，而不会干扰家蚕天然产丝的任何其他方面。"这篇论文中提出的'定位'概念，以及所建议的最小结构模型，是对以往研究的重大突破，"Mi说。"我们相信，大规模商业化指日可待。"由此产生的纤维超出了研究人员的预期，具有很高的拉伸强度（1299兆帕）和韧性（319兆焦耳/立方米）。不仅如此，纤维的柔韧性也远超预期；MiSp蛋白因其生产的蚕丝强韧而无伸缩性而闻名。"蛛丝是一种亟待开发的战略资源。这项研究中生产的纤维具有极高的机械性能，在这一领域大有可为。这种纤维可用作外科缝合线，满足全球每年超过3亿例手术的需求。"新型纤维具有广泛的商业潜力，包括用于军事、航空航天技术、生物医学工程和服装的智能材料。生产出的蚕丝比防弹背心中使用的凯夫拉（Kevlar）坚韧六倍。研究人员现在计划开发转基因蚕，利用天然氨基酸和工程氨基酸生产蜘蛛丝纤维。米说："一百多种工程氨基酸的引入为工程蜘蛛丝纤维带来了无限潜力。"这项研究发表在《物质》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1385453.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1385453.htm

美科学家推出改造细菌：吃塑料吐“蜘蛛丝”

美科学家推出改造细菌：吃塑料吐“蜘蛛丝”改造过的细菌可将聚乙烯作为食物来源，在最新研究中，研究人员对这种细菌进行了改造，使其能将聚乙烯转化为丝蛋白，且其制造丝蛋白的效率和产量能与传统用于制造丝蛋白的细菌菌株相媲美。不过，细菌并不能直接发酵聚乙烯，需要对塑料进行“简化”，研究团队在压力下加热塑料，使其解聚，得到了一种柔软、蜡质的物质。然后在烧瓶底部涂上一层塑料蜡，作为细菌的营养来源，改造后的细菌就能吃进这种塑料，吐出“蜘蛛丝”。研究人员表示，蜘蛛丝是大自然的凯夫拉纤维，强度几乎和钢一样，但密度是钢的6倍，所以它非常轻。作为一种生物塑料，它具有柔韧、无毒、可生物降解等特性，是避免持续塑料污染的绝佳材料。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1414831.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1414831.htm

研究：经过化学处理过的蚕丝强度比蜘蛛丝高70%

研究：经过化学处理过的蚕丝强度比蜘蛛丝高70%作为科学界已知的最坚固的材料之一，蜘蛛丝经常处于工程突破的中心，而一项涉及快速化学浴的新研究可能将这项研究带入新的领域。据悉，科学家们已经开发出一种新的蚕丝处理方法，其通过改变构成来提高性能，其成品的强度比蜘蛛丝高出70%。PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1324485.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1324485.htm

科学家捕捉到光驱动聚合物的蛛丝马迹

科学家捕捉到光驱动聚合物的蛛丝马迹高速原子力显微镜与激光照射系统相结合，用于原位实时观察偶氮聚合物的变形过程。资料来源：大阪大学偶氮聚合物是一种光活性材料，这意味着当光线照射到它们时，它们会发生变化。具体来说，光线会改变它们的化学结构，从而改变薄膜的表面。这使得它们在光学数据存储和提供光触发运动等应用中颇具吸引力。能够在捕捉图像的同时用聚焦激光引发这些变化被称为原位测量。"通常，研究聚合物薄膜的变化时，需要对其进行处理，例如用光照射，然后进行测量或观察。然而，这只能提供有限的信息，"该研究的第一作者KeishiYang解释说。"使用高速原子力显微镜（HS-AFM）装置，包括一台带激光器的倒置光学显微镜，使我们能够触发偶氮聚合物薄膜的变化，同时以高时空分辨率对其进行实时观测。"(a）与激光辐照系统集成的高速原子力显微镜概述b）偶氮聚合物变形的高速原子力显微镜图像。资料来源：美国化学学会高速原子力显微镜测量能够以每秒两帧的速度跟踪聚合物薄膜表面的动态变化。研究还发现，所使用的偏振光的方向会对最终的表面图案产生影响。利用原位方法进行的进一步研究有望深入了解光驱动偶氮聚合物变形的机理，从而最大限度地发挥这些材料的潜力。该研究的资深作者TakayukiUmakoshi说："我们已经展示了观察聚合物薄膜形变的技术。不过，在此过程中，我们展示了将尖端扫描HS-AFM和激光源结合起来，用于材料科学和物理化学的潜力"。对光有反应的材料和过程在化学和生物学的多个领域都很重要，包括传感、成像和纳米医学。原位技术为加深理解和最大限度地发挥潜力提供了机会，因此有望应用于各种光学设备。编译自/scitechdaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1423710.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1423710.htm

"电子蜘蛛丝"传感器：利用环保技术实现生物电子学革命

"电子蜘蛛丝"传感器：利用环保技术实现生物电子学革命研究人员开发出了一种制造自适应生态友好型传感器的方法，这种传感器可以直接且不易察觉地印在各种生物表面上，无论是手指还是花瓣。资料来源：剑桥大学这种方法由剑桥大学的研究人员开发，其灵感来自蜘蛛丝，蜘蛛丝可以粘附在各种表面上。这些"蜘蛛丝"还结合了生物电子学，因此可以在"网"上添加不同的传感功能。先进的传感器技术这种纤维比人的头发至少小50倍，重量非常轻，研究人员直接将其打印在蒲公英蓬松的种子头上，而不会破坏其结构。印在人的皮肤上时，纤维传感器会紧贴皮肤并暴露出汗孔，因此佩戴者不会察觉到它们的存在。对印制在人体手指上的纤维进行的测试表明，它们可用作连续的健康监测器。这种低废物、低排放的生命结构增强方法可用于从医疗保健和虚拟现实到电子纺织品和环境监测等一系列领域。今天（5月24日），《自然电子学》杂志报道了这一研究成果。研究人员开发出了一种制造自适应生态友好型传感器的方法，这种传感器可以直接且不易察觉地印在各种生物表面上，无论是手指还是花瓣。这种比人类头发至少小50倍的纤维非常轻巧，研究人员可以直接将其打印到蒲公英蓬松的种子头上，而不会破坏其结构。资料来源：剑桥大学虽然人体皮肤非常敏感，但在皮肤上增加电子传感器可以从根本上改变我们与周围世界的互动方式。例如，直接印在皮肤上的传感器可用于持续健康监测、了解皮肤感觉，或在游戏或虚拟现实应用中改善"真实"感觉。可穿戴技术面临的挑战虽然嵌入传感器的可穿戴技术（如智能手表）已广泛普及，但这些设备可能会让人感到不舒服和碍眼。它们还会抑制皮肤的内在感觉。"如果你想准确地感知皮肤或树叶等生物表面上的任何东西，那么设备与表面之间的接口就至关重要，"领导这项研究的剑桥大学工程系教授黄艳艳（YanYanSheryHuang）说。"我们还希望生物电子器件对用户来说是完全不可感知的，这样它们就不会以任何方式干扰用户与世界的互动方式，而且我们希望它们是可持续的、低废料的。"研究人员开发出了一种制造自适应环保型传感器的方法，这种传感器可以直接且不易察觉地印在各种生物表面上，无论是手指还是花瓣。当印制在人体皮肤上时，纤维传感器会紧贴皮肤并暴露出汗孔，因此佩戴者不会察觉到它们的存在。对印制在人类手指上的纤维进行的测试表明，它们可用作连续健康监测器。资料来源：剑桥大学柔性电子产品的创新制造可穿戴传感器有多种方法，但这些方法都有缺点。例如，柔性电子元件通常印在塑料薄膜上，不允许气体或湿气通过，因此就像用保鲜膜包裹皮肤一样。其他研究人员最近开发出了可透气的柔性电子元件，就像人造皮肤一样，但这些元件仍然会干扰正常感觉，而且依赖于能源和废物密集型制造技术。三维打印是生物电子学的另一条潜在途径，因为它比其他生产方法浪费更少，但会产生较厚的装置，从而干扰正常行为。旋转电子纤维可制造出用户无法察觉的装置，但灵敏度和复杂程度不高，而且很难转移到相关物体上。现在，这个由剑桥大学领导的团队开发出了一种制造高性能生物电子器件的新方法，通过直接在各种生物表面（从指尖到蒲公英蓬松的种子头）上打印，这些电子器件可以定制。他们的技术灵感部分来源于蜘蛛，它们用最少的材料创造出适应环境的复杂而坚固的网状结构。研究人员用PEDOT:PSS（一种生物相容性导电聚合物）、透明质酸和聚氧化乙烯纺出了生物电子"蜘蛛丝"。这种高性能纤维是在室温下用水基溶液制成的，因此研究人员能够控制纤维的"可纺性"。随后，研究人员设计了一种轨道纺丝方法，使纤维能够变形为生物表面，甚至是指纹等微观结构。在人类手指和蒲公英种子头等表面对生物电子纤维进行的测试表明，这些纤维具有高质量的传感器性能，同时还不会被宿主察觉。论文第一作者AndyWang说："我们的纺丝方法可以让生物电子纤维在微观和宏观尺度上遵循不同形状的解剖结构，而无需任何图像识别。这为如何制造可持续电子器件和传感器开辟了一个完全不同的角度。这是一种更容易制造大面积传感器的方法。"未来方向和商业化大多数高分辨率传感器都是在工业洁净室中制造的，需要在多步骤、高能耗的制造过程中使用有毒化学品。而剑桥大学开发的传感器可以在任何地方制造，所耗费的能源仅为普通传感器的一小部分。生物电子纤维可以修复，在使用寿命结束后只需简单清洗即可，产生的废料不到一毫克：相比之下，一般一次洗衣产生的纤维废料在600至1500毫克之间。"利用我们简单的制造技术，我们几乎可以把传感器放在任何地方，并在需要的时候随时随地对它们进行维修，而不需要大型印刷机或集中的制造设施，"Huang说。"这些传感器可以在需要的地方按需制造，并且产生的废物和排放物极少。"研究人员表示，他们的设备可应用于健康监测、虚拟现实、精准农业和环境监测等领域。未来，还可以将其他功能材料融入到这种纤维打印方法中，建立集成纤维传感器，以增强生命系统的显示、计算和能量转换功能。在剑桥大学商业化部门"剑桥企业"的支持下，这项研究正在实现商业化。编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1432214.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1432214.htm

科学家将蛛丝、蚕丝结合 创造新的神经修复材料

科学家将蛛丝、蚕丝结合创造新的神经修复材料修复受伤的周围神经的标准治疗方法是自体移植，即外科医生切除受损的部分，用身体其他地方的神经来代替它。移植的神经取自感觉神经，通常是硬脑膜神经，它为感觉不重要的皮肤区域提供感觉。但是，神经移植的成功率可能很低。神经导板，即缝合在被切断的神经两端以弥补缺口的管状结构已经存在了大约30年。然而，它们只能用于弥合小缺口。目前，FDA批准的神经导板仅限于1.2英寸（3厘米）以内的短距离神经缺陷。更长的距离需要一个内部框架，以提供必要的结构和细胞支持。牛津大学和维也纳医科大学的研究人员，通过结合两种不同的天然蚕丝，创造了一种新型的神经导引器，这种导引器取自蚕（Bombyxmori）和金球织蛛（Trichonephilaedulis），有可能使神经在更长的距离内再生。以前的研究已经证明了使用蚕丝作为生物材料的好处。蚕茧丝是由纤维蛋白和丝氨酸蛋白组成。两者都具有生物相容性、弹性和韧性。蚕丝纤维素已被证明可以通过增加细胞的增殖和生长来诱导伤口愈合。来自球状编织蜘蛛的拖曳丝具有显著的机械性能，包括高抗拉强度和弹性。研究人员首次将重组成管状的丝质纤维素和天然蜘蛛丝的特点结合起来，创造了一个嵌套导管。导管壁是由蚕丝纤维素制成的，里面充满了球状编织的蜘蛛拖网丝纤维，作为内部引导结构，有点像神经的"扶手"。该神经导引器在右坐骨神经被切断的大鼠身上进行了测试，带来了0.4英寸（10毫米）的明显差距。研究人员发现，受损的神经适应了丝质神经导板，并沿着丝线生长，成功地重新连接了断裂的神经末梢。该研究的第一作者LorenzSemmler说："在我们的研究中，事实证明，当这种丝线由蜘蛛丝和蚕丝制成时，周围的神经功能良好。"研究人员还对蚕丝管的分子结构有了更深的了解，发现它们的多孔性允许营养物质和废物的交换，这对愈合过程至关重要。此外，人们看到负责神经再生的细胞粘附在两种类型的丝上。Semmler说："作为我们研究的一部分，我们不仅成功地进行了神经修复，我们还能够详细地分析愈合过程的组成部分。"与合成物质相比，使用天然材料进行神经引导具有明显的优势。蜘蛛丝是可生物降解的，在动物模型中只产生非常小的免疫反应。它也是可扩展的。从一只织网蜘蛛身上收获的丝可以产生大约33英尺（10米），足以填充一个0.4英寸（10毫米）长的神经导引器。蚕丝的多孔性可以使生物活性分子融入其中，以促进更远距离的神经再生。该研究的共同作者FritzVollrath说："动物丝提供了特殊的机械和生物特性以及多功能的制造可能性，以协助组织的再工程。我们先进的丝中丝神经导引器将蚕丝被加工成三维结构的出色能力与蜘蛛丝的出色细胞粘附性结合起来。"研究人员希望他们的发现将为开发"现成的"神经导向器铺平道路，以治疗人类的周围神经损伤。该研究发表在《先进医疗材料》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1352817.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1352817.htm