比钢铁更强 比凯夫拉尔纤维更韧 科学家揭秘世界上最坚韧的蜘蛛丝

比钢铁更强比凯夫拉尔纤维更韧科学家揭秘世界上最坚韧的蜘蛛丝南丹麦大学的生物物理学家伊琳娜-伊阿奇娜（IrinaIachina）拿着金色球网蛛生产的丝纤维。图片来源：AndersBoe/南丹麦大学如果我们能够研制出具有这些特性的合成材料，那么一个全新的世界就有可能出现：人造蜘蛛丝可以在工业中取代凯夫拉尔、聚酯纤维和碳纤维等材料，例如用于制造轻质柔韧的防弹背心。南丹麦大学（SDU）生物化学与分子生物学系的博士后、生物物理学家伊琳娜-伊奇娜（IrinaIachina）参与了这场寻找超级蛛丝配方的竞赛。她在南丹麦大学攻读硕士学位时就对蜘蛛丝非常着迷，目前她正在波士顿麻省理工学院研究这一课题，并得到了Villum基金会的支持。南丹麦大学生物物理学家伊琳娜-伊奇娜（IrinaIachina）在电脑上研究蜘蛛丝。图片来源：AndersBoe/南丹麦大学作为研究的一部分，她正在与南丹麦大学的副教授、生物物理学家乔纳森-布鲁尔（JonathanBrewer）合作，后者是使用各种显微镜窥视生物结构的专家。现在，他们首次共同使用光学显微镜研究了蜘蛛丝的内部结构，而无需以任何方式切割或打开蜘蛛丝。这项研究成果现已发表在《科学报告》和《扫描》杂志上。乔纳森-布鲁尔解释说："我们使用了几种先进的显微镜技术，还开发了一种新型光学显微镜，可以让我们一直观察到纤维内部的情况。"金眶网蜘蛛从后部生产蚕丝。图片来源：AndersBoe/南丹麦大学迄今为止，人们已经利用各种技术对蜘蛛丝进行了分析，所有这些技术都提供了新的见解。然而，正如乔纳森-布鲁尔（JonathanBrewer）指出的那样，这些技术也有缺点，因为它们通常需要将丝线（也称纤维）剪开，以获得用于显微镜检查的横截面，或者冷冻样品，这可能会改变丝纤维的结构。伊琳娜-伊阿奇娜（IrinaIachina）说："我们希望研究未经切割、冷冻或任何操作的纯净纤维。"为此，研究小组使用了相干反斯托克斯拉曼散射、共聚焦显微镜、超分辨共聚焦反射荧光损耗显微镜、扫描氦离子显微镜和氦离子溅射等侵入性较小的技术。不同的研究显示，蜘蛛丝纤维至少由两层外层脂质（即脂肪）组成。在它们的后面，即纤维的内部，有许多所谓的纤维丝，这些纤维丝呈直线排列，紧密地并排在一起（见插图）。纤维的直径在100到150之间，低于普通光学显微镜的测量极限。《科学报告》论文中的插图：本研究中发现的蜘蛛丝纤维的拟议结构示意图（不按比例）。(A）纤维侧视图，（B）纤维横截面。外层是非导电的富脂层（绿色），厚度在0.6至1微米之间，内层是两个导电的自发荧光蛋白层：一个是FITC亲和力较强的蛋白层（蓝色），另一个是罗丹明B亲和力较强的蛋白层（橙色）。内部蛋白质核心由结晶纤维组成，平行于纤维长轴排列，周围是无定形的蛋白质区域。图片来源：南丹麦大学伊奇纳/布鲁尔。伊阿奇娜说："它们并没有像人们想象的那样扭曲，因此我们现在知道，在尝试制造合成蜘蛛丝时，没有必要扭曲它们。"伊奇娜和布鲁尔使用的蛛丝纤维来自马达加斯加金眶蜘蛛（NephilaMadagascariensis），这种蜘蛛生产两种不同类型的蛛丝：一种被称为MAS（MajorAmpullateSilkfibers），用于构建蜘蛛网，也是蜘蛛用来悬挂的丝，算得上蜘蛛的生命线；它非常结实，直径约为10微米。另一种被称为MiS（MinorAmpullateSilk纤维），是建筑的辅助材料。它更具弹性，直径通常为5微米。根据两人的分析，MAS丝含有直径约为145纳米的纤维。而MiS的直径约为116纳米。每条纤维都由蛋白质组成，其中涉及多种不同的蛋白质。这些蛋白质是蜘蛛在制造丝纤维时产生的。了解它们如何制造出如此强韧的纤维非常重要，但制造这种纤维也具有挑战性。因此，该领域的研究人员通常依靠蜘蛛为他们生产蚕丝。或者，他们也可以求助于计算方法，这正是伊琳娜-伊奇娜目前在麻省理工学院从事的工作："现在，我正在对蛋白质如何转化为丝绸进行计算机模拟。当然，我们的目标是学习如何生产人造蛛丝，但我也有兴趣帮助人们更好地了解我们周围的世界。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1384021.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1384021.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

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

科学家混用贻贝和蚕的蛋白质开发出了一种内伤用敷料

科学家混用贻贝和蚕的蛋白质开发出了一种内伤用敷料为了寻找一种性能更好的免洗替代品，韩国科学家最近将目光投向了贻贝和蚕。一段时间以来，研究人员一直在研究贻贝用来粘附潮间带岩石的天然粘合剂。这些研究的成果是生产出了这种粘合剂的合成版，可用于在潮湿环境中将物品粘合在一起。蚕也被放在显微镜下观察（无论是形象上还是字面上），因为蚕生产的丝纤维在强度上与蜘蛛丝不相上下，但却更容易生产（无论是天然的还是人工合成的）可用数量的丝纤维。韩国团队研制的新型敷料包含两层纳米纤维，分别由贻贝粘合蛋白（MAP）或一种被称为蚕丝纤维蛋白（SF）的蚕茧蛋白纺制而成。在直接与伤口接触的底层中使用了这两种纤维的组合。该层中的MAP纤维可确保良好的组织粘附性，而且还含有一种名为二羟基苯丙氨酸的化学物质，可促进血液凝固。敷料的表层完全由经过酒精处理的SF纤维组成，这些纤维有两个作用。首先，它们赋予敷料机械强度。其次，由于它们具有疏水性（拒水性），因此可以防止带有细菌的液体进入伤口下方，从而降低感染的几率。由于MAP和SF都具有生物相容性和生物降解性，敷料可以在体内无害溶解。在对老鼠进行的实验室测试中发现，使用这种敷料可以大大减少凝血时间和失血量。浦项科技大学（POSTECH）的HyungJoonCha教授说："我们已经验证了一种多功能局部粘合止血剂的卓越止血性能，这种止血剂来源于自然界，以人体内可降解的蛋白质为基础。我们将继续开展进一步研究，以评估其在实际病人护理或手术环境中的适用性。"有关这项研究的论文最近发表在《Small》杂志上，梨花女子大学和韩国天主教大学的科学家也参与了这项研究。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1421299.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1421299.htm

可持续服装的未来 合成生物丝线面料的新突破

可持续服装的未来合成生物丝线面料的新突破自从他在2018年利用细菌设计出重组蜘蛛丝以来，Zhang一直专注于提高来自微生物的丝线的产量，同时保留其理想的特性，如增加强度和耐久性。如果合成丝要用于日常应用，更高的产量将是至关重要的，特别是在时尚界，可再生材料的需求量很大，以阻止每年生产约1000亿件服装和9200万吨废物所带来的环境影响。在一种工程化的贻贝脚蛋白的帮助下，Zhang创造了新的蜘蛛丝融合蛋白，称为双末端Mfp融合丝（btMSIlks）。微生物生产的btMSilks的产量比重组丝蛋白高8倍，而且btMSilk纤维的强度和韧性大幅提高，同时重量很轻。这可能会彻底改变服装制造，为传统纺织品提供一个更环保的替代品。这些发现最近发表在《自然通讯》杂志上。天然蜘蛛丝出色的机械性能来自于其非常大的重复性蛋白质序列。然而，要求快速生长的细菌产生大量的重复性蛋白质是极具挑战性的。"为了解决这个问题，我们需要一种不同的策略，"Zhang说。"我们去寻找无序的蛋白质，这些蛋白质可以通过基因融合到蚕丝碎片上，以促进分子间的相互作用，这样就可以在不使用大型重复性蛋白质的情况下制造出强大的纤维。而我们实际上就在这里，在我们已经进行的关于贻贝脚蛋白的工作中发现了它们。"贻贝在它们的脚上分泌这些专门的蛋白质来粘住东西。张和他的合作者已经设计了细菌来生产它们，并将它们作为生物医学应用的粘合剂。事实证明，贻贝的脚蛋白也是有内聚力的，这使得它们也能很好地相互粘连。通过将贻贝脚蛋白片段置于其合成丝蛋白序列的末端，研究人员创造了一种重复性较低的轻质材料，其强度至少是重组蜘蛛丝的两倍。与过去的研究相比，新材料产量增加了8倍，从1升细菌培养物中达到8克纤维材料。这一产量构成了足够的织物，可以测试在实际产品中使用。Zhang表示："合成生物学的魅力在于，我们有很多空间可以探索，我们可以从各种天然蛋白质中剪切和粘贴序列，在实验室中测试这些设计的新特性和功能。这使得合成生物学材料比传统的石油基材料更具有多样性。"由于我们的合成丝是用工程细菌的廉价原料制成的，它为尼龙和聚酯等石油来源的纤维材料提供了一种可再生和可生物降解的替代品。"在接下来的工作中，张和他的团队将扩大其合成丝纤维的可调控特性，以满足每个专业市场的确切需求。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1357971.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1357971.htm

优化营养 - 科学家对蚕豆基因组进行测序

优化营养-科学家对蚕豆基因组进行测序由英国雷丁大学、丹麦奥胡斯大学和芬兰赫尔辛基大学领导的一个来自欧洲和澳大利亚的研究小组合作进行了这项广泛的测序工作。对该基因组进行完全解码的项目继续通过搜索涉及种子大小的基因来测试其效用。该团队还研究了种脐的颜色--当豆子从豆荚上分离时留下的疤痕以了解他们是否能找到决定这一独特特征的基因。图为多纳尔-奥沙利文教授在一个有小植物的蚕豆田间试验中。资料来源：雷丁大学多纳尔-奥沙利文教授领导雷丁大学的团队。他说："在表明我们可以快速确定控制这些可见种子特征的基因后，已经开始工作，以定位和确定控制决定其营养价值的隐藏种子特征的精确基因差异。我们希望生产出必需氨基酸含量较高以及抗营养物质含量较低的豆子，如植酸，植酸会结合微量元素并减少吸收。拥有基因组序列将大大加快这一进程"。蚕豆（干）与蚕豆面粉和强化蚕豆的面包。资料来源：雷丁大学在雷丁大学，加强营养改善的前景被纳入到一个项目中，通过将蚕豆粉纳入到一直流行的英国白面包中，来增加英国种植的豆类的消费数量。提高豆类"项目是由政府资助的"英国研究院改造英国食品系统"计划的一部分，并将受益于现在基本上是具有有益性状的育种品系的遗传工具箱。蚕豆是天然的高蛋白、高纤维和高铁，这些都是英国许多人需要的营养物质。它们在英国生长良好，但大多被喂给动物以生产肉类和牛奶。当以植物为基础的饮食对那些希望照顾他们的地球和自身健康的人来说是一个有吸引力的前景时，直接去寻找蛋白质来源是有非常意义的。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1356109.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1356109.htm