科学家研发自愈合混凝土 用休眠细菌修补裂缝

科学家研发自愈合混凝土用休眠细菌修补裂缝生物纤维自愈合混凝土工作时的彩色扫描电子显微镜图像但现实世界很少按照理想状态运行,因此混凝土会不断受到风化,从而产生裂缝。这才是真正的问题所在,因为温度波动会迫使裂缝扩大,而湿气则会引发各种侵蚀混凝土的过程。因此,混凝土结构需要经常维护,这不仅成本高昂且不方便,还会增加制造这种材料对环境的影响(本来就很大)。如果能找到减缓劣化的方法,就能省去很多麻烦。这就是德雷克塞尔生物纤维的用武之地。这些聚合物纤维不仅能起到物理加固作用,还具有重要的双重作用,即自我修复机制。纤维表面涂有一层水凝胶,水凝胶中含有内生孢子,内生孢子是细菌的休眠形式,可以抵御极端环境,当环境变得更舒适时,内生孢子又会重新苏醒。然后在水凝胶层上涂上一层薄薄的聚合物外壳。生物纤维混凝土可以像其他混凝土一样使用,但它的秘密超能力只有在以后开裂时才会显现出来。当水到达生物纤维时,水凝胶就会膨胀并破壳而出,推向地表。在这个过程中,沉睡的细菌被唤醒,它们开始从周围的混凝土中吸取碳和钙。这就产生了碳酸钙,一种填充和修补裂缝的胶结材料。该团队的首席研究员阿米尔-法纳姆(AmirFarnam)说:"这是一项令人兴奋的进展,因为我们一直在努力利用大自然的灵感来改进建筑材料。我们每天都在看到,老化的混凝土结构正在遭受破坏,从而降低了其功能寿命,并需要进行昂贵的关键性维修。试想一下,它们能自我修复吗?在我们的皮肤中,我们的组织通过注入自我修复液--血液--的多层纤维结构自然实现自我修复。这些生物纤维模仿了这一概念,并利用造石细菌创造出能对损伤做出反应的活体自愈混凝土。"研究小组表示,虽然愈合时间可能会有所不同,但生物纤维似乎能够在短短一两天内修补裂缝。以前的研究已经制造出了注入细菌的自愈合混凝土,但主要挑战之一是如何在混凝土完好无损的情况下保持微生物长期存活。使用包裹在聚合物保护壳下的水凝胶中的休眠内生孢子可能就是答案。虽然还有很多工作要做,但研究人员表示,生物纤维混凝土最终可以帮助降低建筑物的维护要求,并减少混凝土生产过程中的二氧化碳排放量。这项研究发表在《建筑与建材》杂志上。...PC版:https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1398397.htm手机版:https://m.cnbeta.com.tw/view/1398397.htm

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科学家发现帮助古罗马混凝土自我修复的秘密成分

科学家发现帮助古罗马混凝土自我修复的秘密成分混凝土是世界上最常用的建筑材料,但它并非不受损害。天气和压力会导致微小的裂缝,这些裂缝会发展成更大的裂缝,最终威胁到整个结构的完整性。这可能需要昂贵的维护或更换,以防止灾难性的损坏。相比之下,古罗马结构经受了两千多年的时间考验。为了找出原因,科学家们长期以来一直在显微镜下检查材料的样本,以研究其成分并发现赋予这种强度的成分。由意大利一个特定地区的火山灰制成的Pozzolanic材料,具有突出的特点。石灰也是如此,在以前的研究中发现,这有助于混凝土在码头等海洋环境中随着时间的推移变得更加坚固。一种常见的包含物--毫米大小的白色矿物块,称为石灰碎块--通常被视为一种副产品而被忽视,但在新的研究中,研究人员发现,它们的存在可能是有原因的。该研究的主要作者AdmirMasic说:"这些石灰碎块的存在仅仅归因于低质量控制,这种想法一直困扰着我。如果罗马人为制造一种杰出的建筑材料付出了如此多的努力,遵循所有经过许多世纪优化的详细配方,为什么他们会在确保生产出混合良好的最终产品方面付出如此少的努力?这个故事一定有更多的内容。"左图:意大利Privernum考古遗址,本研究在那里收集了古代混凝土样品。右图。其中一个样品中的成分的假色图,其中有一个大的钙包合物(红色)MIT研究小组使用了一些成像和化学绘图技术来更仔细地检查石灰碎块,并发现它们是由碳酸钙类型的物质在高温下形成的。这表明它们是通过直接添加(或"热混合")生石灰制成的,生石灰是一种比古罗马人假定使用的石灰形式更具反应性的形式。"热搅拌的好处是双重的,"Masic说。"首先,当整个混凝土被加热到高温时,它会出现如果只使用消石灰就不可能出现的化学成分,同时产生高温相关的化合物,否则就不会形成。第二,由于所有的反应都加快了,这种温度的提高大大减少了固化和凝固时间,使施工速度大大加快。"但更重要的是,这些石灰碎块在混凝土的自我修复中发挥了积极作用。热搅拌过程使夹杂物变脆,因此,当混凝土中形成微小的裂缝时,它们会比周围的材料更容易穿过石灰块。当水进入裂缝时,就会与石灰发生反应,形成一种溶液,重新硬化成碳酸钙并堵塞裂缝。它还可以与沸石材料反应,进一步加强混凝土本身。因此,研究小组说,这些石灰碎块不是不需要的副产品,而是有其存在的理由。这种自我修复机制可能是古罗马混凝土结构长寿的一个主要因素。为了测试这一假设,研究人员制作了古代和现代混凝土的热混合样本,然后将它们敲碎,并让水长时间流经裂缝。两周后,古代混凝土样本的裂缝已经愈合,阻止了水的流动。另一方面,现代材料则完全没有愈合。研究小组说,这一发现不仅有助于我们了解古代工程的秘密,而且也可以帮助改进现代混凝土配方。为此,研究人员正在采取步骤使这种材料商业化。该研究发表在《科学进展》杂志上。...PC版:https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1338305.htm手机版:https://m.cnbeta.com.tw/view/1338305.htm

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中国科学家打造“类真人皮肤”:受伤1小时完全愈合

中国科学家打造“类真人皮肤”:受伤1小时完全愈合中国科学家赋予离子皮肤自我修复性能,让它像真正的皮肤一样,既可以感受外界应力又可以自愈合。中国科学院宁波材料技术与工程研究所生物基高分子材料团队根据触觉细胞的机械刺激响应原理,模拟真实人体皮肤的自愈功能和生物离子信号传递机制,设计合成了一种含有动态二硫键功能基团和氯取代基的新型热塑性聚氨酯材料。聚氨酯中含有的动态二硫键一直在进行可逆的动态键合,无需额外的能量即可使伤口在室温下也能快速自主自愈。在光学显微镜下对离子皮肤伤口进行观察,无论是从正面还是从侧面看,离子皮肤在受伤一小时后,伤口近乎完全愈合。其触觉反馈也可以随着伤口的愈合而恢复至最初的状态。模拟人体皮肤的离子皮肤示意图以及刺激响应原理示意图离子皮肤伤口自愈合的光学显微镜图该项目提出了一种同时恢复伤口和触觉功能的离子皮肤技术的新概念。可以预见的是,此类研究在机器人皮肤和可穿戴医疗领域中将大有作为。...PC版:https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1341489.htm手机版:https://m.cnbeta.com.tw/view/1341489.htm

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科学家研制出能将糖尿病伤口愈合速度提高3倍的新型凝胶

科学家研制出能将糖尿病伤口愈合速度提高3倍的新型凝胶糖尿病患者的自然伤口愈合过程常常受到影响,导致伤口久治不愈,有时会造成严重感染,甚至截肢。为了应对这一全球性的医疗挑战,新加坡国立大学(NUS)的一组科学家开发出了一种突破性的磁性凝胶,旨在加快糖尿病患者伤口的愈合。这种新方法不仅有望加快伤口恢复,还能降低伤口复发和随后截肢的可能性。每次治疗都需要在绷带上预先涂上含有促进伤口愈合的皮肤细胞和磁性颗粒的水凝胶。为了最大限度地提高治疗效果,会使用一个无线外磁装置来激活皮肤细胞,加速伤口愈合过程。理想的磁刺激持续时间约为一到两个小时。EzoicLab实验室的测试表明,与目前的传统方法相比,磁刺激治疗糖尿病伤口的愈合速度要快三倍左右。此外,虽然研究的重点是治愈糖尿病足溃疡,但该技术有可能治疗烧伤等各种复杂伤口。郑安迪助理教授(中)与新加坡国立大学的寿宇峰博士(右)和乐志成博士(左)共同开发了一种创新的磁性伤口愈合凝胶,有望加速糖尿病伤口的愈合。郑副教授拿着预装磁性凝胶的石膏,寿博士拿着磁刺激装置。图片来源:新加坡国立大学新加坡国立大学设计与工程学院生物医学工程系助理教授安迪-郑(AndyTay)带领由新加坡国立大学健康创新与技术研究所(NUSInstituteforHealthInnovation&Technology)的研究人员组成的团队说:"传统的敷料在伤口愈合方面并没有发挥积极作用。敷料只是防止伤口恶化,患者需要每两三天换一次敷料。这给我们的医疗系统带来了巨大的成本,也给病人带来了不便。"相比之下,新加坡国立大学的独特发明采用了一种全面的'一体化'伤口愈合方法,从多个方面加速了伤口愈合过程。郑助教解释说:"我们的技术解决了与糖尿病伤口相关的多个关键因素,同时控制伤口区域升高的葡萄糖水平,激活伤口附近休眠的皮肤细胞,恢复受损的血管,修复伤口内被破坏的血管网络。"新加坡国立大学团队在最近发表在科学杂志《先进材料》上的一篇论文中介绍了他们的创新成果。这项研究由新加坡科学技术研究局、南洋理工大学、中山大学和武汉理工大学的科学家合作完成。慢性糖尿病伤口:重大医疗挑战目前,全球有超过5亿人患有糖尿病,预计这一数字还将大幅上升。因此,慢性糖尿病伤口,如足部溃疡(最常见、最难治疗的伤口之一),已成为全球医疗保健的一大挑战。这些伤口的传统治疗方法往往不能令人满意,导致健康问题反复发作、久治不愈,在很多情况下还会导致截肢。全世界每年约有910万到2610万例糖尿病足溃疡,约15%到25%的糖尿病患者在一生中会患上糖尿病足溃疡。新加坡是全球糖尿病下肢截肢率最高的国家之一,平均每天约有四例。新加坡国立大学的一个研究小组开发出一种创新的磁性伤口愈合凝胶,有望加速糖尿病伤口的愈合,降低复发率,进而减少截肢事件的发生。将预先装有磁性水凝胶的绷带贴在伤口上,然后使用外部设备加速伤口愈合。资料来源:新加坡国立大学温和地"锻炼"皮肤细胞皮肤细胞在日常活动中不断受到机械力的作用。然而,伤口患者通常被建议不要进行剧烈活动,如行走,这可能会杀死对愈合至关重要的剩余细胞。郑副教授说:"我们团队所取得的成果是,通过施加温和的机械刺激,确定了一个甜蜜点。其结果是,剩余的皮肤细胞得到了'锻炼'以愈合伤口,但并没有达到杀死它们的程度。"这种专门设计的伤口愈合凝胶含有两种美国食品和药物管理局批准的皮肤细胞--角质形成细胞(对皮肤修复至关重要)和成纤维细胞(用于形成结缔组织)--以及微小的磁性颗粒。当与外部设备产生的动态磁场相结合时,凝胶的机械刺激会促使真皮成纤维细胞变得更加活跃。这种创新型磁性水凝胶由新加坡国立大学的一个研究小组开发,它含有促进伤口愈合的皮肤细胞和磁性微粒,采用了一种"一体化"的综合伤口愈合方法,从多个方面加速了伤口愈合过程。资料来源:新加坡国立大学实验室测试表明,磁性伤口愈合凝胶增强了成纤维细胞的活性,使细胞的生长速度提高了约240%,胶原蛋白的产量增加了一倍多,胶原蛋白是伤口愈合的关键蛋白质。磁性伤口愈合凝胶还能改善与角质细胞的交流,促进新血管的形成。郑副教授补充说:"我们采取的方法不仅能加快伤口愈合,还能促进伤口的整体健康,降低复发几率。"新加坡国立大学团队从2021年到2023年一直致力于该项目,以证明这种新方法的可行性。这项创新已经申请了专利。磁性伤口愈合凝胶在改善糖尿病伤口愈合方面显示出巨大的前景,它还可以彻底改变其他复杂类型伤口的治疗。研究论文的共同第一作者、新加坡国立大学设计与工程学院生物医学工程系研究员寿宇峰博士说:"磁响应水凝胶与无线磁诱导动态机械刺激相结合,解决了伤口愈合的基本挑战,如创造有利的微环境和促进组织再生。这些原理和我们技术的适应性,以及它对病人的普遍易用性,意味着它可以应用于改善糖尿病以外的各种情况下的伤口愈合,包括烧伤和慢性非糖尿病溃疡。"研究人员正在进行更多测试,以进一步改进磁性伤口愈合凝胶,提高其有效性。他们还在与临床合作伙伴合作,利用糖尿病人体组织测试凝胶的有效性。郑副教授说:"这是在主动伤口护理方面迈出的重要一步。"我们的目标是提供一种有效、方便的伤口愈合解决方案,改善全球数百万人的治疗效果。""伤口愈合,尤其是糖尿病足溃疡领域的伤口愈合,一直是一个具有挑战性的领域。"盛港综合医院骨科外科顾问FrancisWongKengLin助理教授说:"糖尿病足患者的伤口愈合情况不如正常患者,他们的愈合过程往往需要很长时间。伤口愈合技术的进步将缩短患者的疗程,使他们能够尽快恢复生活,从而提高工作效率和生活质量。"...PC版:https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1392189.htm手机版:https://m.cnbeta.com.tw/view/1392189.htm

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科学家震惊于纳米晶金属的自愈能力

科学家震惊于纳米晶金属的自愈能力在桑迪亚国家实验室(SandiaNationalLaboratories)发现的纳米级金属自愈合艺术效果图中,绿色标示出裂缝形成的位置,然后重新融合在一起。红色箭头表示意外触发这一现象的拉力方向。资料来源:丹-汤普森,桑迪亚国家实验室桑迪亚国家实验室的一组研究人员在对纳米晶金属进行断裂实验时,发现了这一令人难以置信的现象。研究结果最近发表在《自然》杂志上。在这一发现之前,人们有理由认为自愈金属只能出现在科幻小说中。德克萨斯农工大学材料科学与工程系教授、最近这项研究的共同作者MichaelDemkowicz博士却不这么认为。十年前,在麻省理工学院材料科学与工程系担任助理教授时,Demkowicz和他的学生就预测到了金属的自愈性。"我们的出发点并不是要找到自愈。我的学生GuoxiangXu当时正在做断裂模拟,"Demkowicz说。"我们无意中在他的一个模拟中观察到了自发愈合,于是决定继续跟进"。当时,就像现在一样,2013年的结果令人惊讶。Demkowicz补充说,他、他的学生和同事都对最初的理论有些怀疑。不过,他的模拟模型在随后的几年里被其他研究人员多次复制和扩展。Demkowicz说:"很明显,模拟并没有错误,因为其他人在他们的建模工作中也看到了同样的效果。"2013年的模型和最近的实验都使用了纳米晶金属,这种金属的晶体结构或晶粒大小以纳米级(百万分之一毫米)测量。Demkowicz表示,虽然这种金属在工程应用中并不广泛,但大多数金属都能以这种形式制造。他进一步解释说,纳米晶金属使研究自愈合变得更容易,因为它们的晶粒尺寸小,可以产生更多的微结构特征,即使是微小的裂缝也能与之相互作用。这两项研究都发现,晶界这一特征会影响裂纹愈合,具体取决于晶界相对于裂纹的迁移方向。Demkowicz补充说,这些特征在许多金属和合金中都很常见,而且可以加以控制。Demkowicz说:"当前工作的主要影响是将最初的理论预测'从绘图板上移开',并证明它在现实中发生了。我们还没有真正开始优化自愈微结构。找出促进自愈合的最佳改变是未来工作的一项具有挑战性的任务。"这项工作的潜在应用可能会有很大不同。Demkowicz认为,在晶粒尺寸较大的传统金属中也有可能实现自愈,但还需要未来的研究。2013年的理论和最近的实验都有一个共同的条件,那就是两者都是在真空环境中进行的,完全没有外来物质。这些外来物质可能会干扰裂纹表面的粘合或冷焊能力。即使存在这种限制,但仍有可能应用于航天技术或不接触外界空气的内部裂缝。经过十年的努力,Demkowicz的理论在桑迪亚国家实验室的实验中取得了成果。在目前的研究中,Demkowicz能够验证最近观察到的现象是否与他最初的模拟模型相符。"这是一个了不起的实验。不过,我认为这也是理论上的一大胜利,"Demkowicz说。"材料的复杂性往往使我们难以自信地预测新现象。这一发现让我看到了希望,我们的材料行为理论模型正走在正确的道路上。"...PC版:https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1389121.htm手机版:https://m.cnbeta.com.tw/view/1389121.htm

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长久以来的谜团有了答案:休眠细菌是如何复活的

长久以来的谜团有了答案:休眠细菌是如何复活的炭疽杆菌的三维插图,炭疽杆菌是导致炭疽的孢子形成的细菌。哈佛大学医学院的研究人员发现了一种细胞传感器,它能使细菌孢子感知营养物质并从休眠中苏醒。这一发现可以帮助防止危险的休眠细菌引起爆发。自从150多年前首次描述细菌孢子--惰性、沉睡的细菌--以来,哈佛大学医学院的研究人员解决了一个困惑生物学家的谜题,他们发现了一种新的细胞传感器,使孢子能够检测到其环境中存在的营养物质并迅速恢复活力。事实证明,这些传感器是穿过膜的双重通道,在休眠期间保持关闭,但当它们检测到营养物质时迅速打开。一旦打开,这些通道允许带电离子通过细胞膜流出,启动保护性孢子层的脱落,并在多年--甚至几个世纪--的休眠期后开启代谢过程。该团队的研究结果最近发表在《科学》杂志上,可以帮助设计出防止危险的细菌孢子休眠数月,甚至数年,然后再次苏醒并导致感染爆发的方法。"这项发现解决了一个超过一个世纪的难题,"研究的高级作者、HMS的Blavatnik研究所的微生物学教授DavidRudner说。"当细菌的系统在保护壳内几乎完全关闭时,它们如何感知环境的变化并采取行动打破休眠状态?"沉睡的细菌是如何复活的为了在不利的环境条件下生存,一些细菌进入休眠状态,成为孢子,生物过程被搁置,细胞周围有多层保护性盔甲。这些具有生物惰性的迷你堡垒使细菌能够等待饥荒期,并保护自己免受极端高温、干燥期、紫外线辐射、刺激性化学品和抗生素的蹂躏。一个多世纪以来,科学家们已经知道,当孢子检测到它们环境中的营养物质时,它们会迅速脱去它们的保护层,重新点燃它们的代谢引擎。尽管使它们能够检测到营养物质的传感器在近50年前就被发现了,但传递唤醒信号的方式以及该信号如何触发细菌的复活过程仍然是一个谜。在大多数情况下,信号传递依赖于新陈代谢活动,并且经常涉及编码蛋白质的基因,以制造特定的信号分子。然而,这些过程在休眠细菌内部都是关闭的,这就提出了信号如何诱使沉睡的细菌醒来的问题。在这项研究中,鲁德纳和团队发现,营养物质传感器本身组装成一个导管,使细胞重新开放。在对营养物质作出反应时,该管道(一个膜通道)打开,允许离子从孢子内部流出。这启动了一连串的反应,使休眠的细胞脱去保护性的盔甲,恢复生长。科学家们利用多种途径来追踪这个谜团的曲折性。他们部署了人工智能工具来预测复杂折叠的传感器复合物的结构,这种结构由同一传感器蛋白的五个副本组成。他们应用机器学习来确定构成通道的亚单位之间的相互作用。他们还使用基因编辑技术来诱导细菌产生突变体传感器,以此来测试基于计算机的预测在活细胞中是如何发挥的。鲁德纳将这一案例中的发现过程描述为一系列混乱的观察,由于具有不同观点的研究团队协同工作,这些观察慢慢成形。在这一过程中,他们不断有令人惊讶的观察结果,使他们感到困惑,暗示了一些看起来不可能是真的答案。将线索拼接起来当鲁德纳实验室的HMS研究员高永强在用微生物枯草芽孢杆菌进行一系列实验时,出现了一条早期线索。Gao将其他形成孢子的细菌的基因引入枯草杆菌,以探索产生的不匹配的蛋白质会干扰发芽的想法。令他惊讶的是,Gao发现在某些情况下,细菌孢子在使用一套来自远缘细菌的蛋白质后能完美地苏醒。在进行这项研究时,该实验室的博士后LiorArtzi为高晓松的发现提出了一个解释。如果传感器是一种受体,在检测到信号(在这种情况下是一种营养物质,如糖或氨基酸)之前,它的作用就像一个封闭的闸门,那会怎么样?一旦传感器与营养物质结合,大门就会弹开,允许离子从孢子中流出来。换句话说,来自远缘细菌的蛋白质将不需要与不匹配的枯草杆菌孢子蛋白相互作用,而只是在离子开始流动时对孢子的电状态变化作出反应。鲁德纳最初对这一假设持怀疑态度,因为该受体并不符合特征。它几乎没有离子通道的特征。但阿特兹认为,该传感器可能是由多个亚单位的副本组成的,在一个更复杂的结构中共同工作。AlphaFold的帮助下带来的发现另一位博士后杰里米-阿蒙是AlphaFold的早期使用者,AlphaFold是一种可以预测蛋白质和蛋白质复合物结构的人工智能工具,他也在研究孢子发芽,并准备调查营养传感器。该工具预测,一个特定的受体亚单位组装成一个五单元的环,称为五聚体。预测的结构包括中间的一个通道,可以让离子通过孢子的膜。人工智能工具的预测与Artzi的猜测不谋而合。高晓松、阿齐和阿蒙随后合作测试了人工智能生成的模型。他们与第三位博士后FernandoRamírez-Guadiana和HMS生物化学和分子药理学教授AndrewKruse以及HMS系统生物学副教授、计算生物学家DeborahMarks的小组密切合作。他们用改变的受体亚单位设计了孢子,预测其会拓宽膜通道,并发现孢子在没有营养信号的情况下会苏醒。反过来,他们产生了突变的亚单位,他们预测这些亚单位会缩小通道的孔径。这些孢子未能打开释放离子的闸门,并且在有充足的营养物质哄骗它们脱离休眠的情况下从静止状态苏醒。换句话说,与预测的折叠复合物的配置稍有偏差,就会使门卡住或关闭,使其作为唤醒休眠细菌的工具变得毫无用处。对人类健康和食品安全的影响鲁德纳说,了解休眠细菌如何恢复生命不仅仅是一个智力上的诱人难题,而且对人类健康也有重要影响。一些能够长时间进入深度休眠状态的细菌是危险的,甚至是致命的病原体:白色粉末状的武器化炭疽病是由细菌孢子组成的。另一种危险的孢子形成的病原体是艰难梭状芽孢杆菌,它引起危及生命的腹泻和结肠炎。艰难梭菌的疾病通常发生在使用抗生素之后,抗生素可以杀死许多肠道细菌,但对休眠的孢子没有作用。在治疗后,艰难梭菌从休眠中苏醒,并可能大量繁殖,往往会造成灾难性的后果。消除孢子也是食品加工厂的一个核心挑战,因为休眠细菌由于其保护性盔甲和脱水状态,可以抵制消毒处理。如果消毒不成功,发芽和生长会造成严重的食源性疾病和巨大的经济损失。了解孢子如何感知营养并迅速脱离休眠状态,可以使研究人员开发出早期触发发芽的方法,从而有可能对细菌进行消毒,或者阻止发芽,使细菌被困在其保护壳内,无法生长、繁殖,使食物变质或导致疾病。...PC版:https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1359281.htm手机版:https://m.cnbeta.com.tw/view/1359281.htm

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兼具自愈能力和抗菌性 - 科学家开发出能改变人体组织生长的新材料Trpzip

兼具自愈能力和抗菌性-科学家开发出能改变人体组织生长的新材料Trpzip"Trpzip"材料在受到挤压、断裂或从注射器中排出后会发生重塑。资料来源:新南威尔士大学悉尼分校一些人造水凝胶被广泛应用于各种商品中,从食品和化妆品到隐形眼镜和吸水材料,最近还被用于医学研究,以密封伤口和替代受损组织。虽然合成水凝胶可以充分发挥空间填充剂的作用,促进组织生长,但却无法再现真实人体组织的复杂特性。但在今天发表于《自然-通讯》(NatureCommunications)上的一篇研究论文中,新南威尔士大学的科学家们描述了一种新型实验室制造的水凝胶如何表现得像天然组织,并具有许多令人惊讶的特性,这些特性对医疗、食品和制造技术都有影响。新南威尔士大学材料科学与工程学院和化学学院的克里斯-基利安(KrisKilian)副教授说,这种水凝胶材料由非常简单的短肽制成,而短肽是蛋白质的组成部分。基利安教授说:"这种材料具有生物活性,这意味着被包裹的细胞就像生活在天然组织中一样。同时,这种材料还具有抗菌性,这意味着它可以防止细菌感染。这种组合使它成为可能用于医学的材料的最佳选择。这种材料还具有自愈性,这意味着它在受到挤压、断裂或从注射器中排出后会重新塑形。这使它成为三维生物打印的理想材料,或作为一种可注射的药物材料。"AshleyNguyen是新南威尔士大学化学学院的博士生,也是该论文的第一作者,她是在COVID-19大流行期间利用计算机模拟发现这一发现的。Nguyen一直在寻找能够自我组装的分子--即在没有人为干预的情况下自发排列的分子--并偶然发现了"色氨酸链条"的概念。这是一种含有多个色氨酸的氨基酸短链,可促进链条自组装,因而这种材料被命名为"Trpzip"。Nguyen说:"通过计算模拟,我发现了一种可能形成水凝胶的独特肽序列,这让我非常兴奋。我们回到实验室后,我合成了最重要的候选肽,看到它真的形成了凝胶,我非常激动。这种水凝胶的发现有可能成为广泛使用的天然材料的道德替代品。天然水凝胶早已在社会上广泛使用,从食品加工到化妆品,但需要从动物身上采集,这就带来了伦理问题。此外,动物提取的材料也很难用于人体,因为会产生负面的免疫反应。有了Trpzip,我们就有了一种合成材料,它不仅在目前使用天然材料的许多领域显示出潜力,而且在临床研究等其他领域也能胜过天然材料。"为了测试Trpzip在生物医学研究中的可行性,Kilian教授的团队与新南威尔士大学悉尼分校生物医学科学学院的研究员ShafaghWaters博士合作,后者在研究中使用Matrigel(一种从小鼠肿瘤中提取的水凝胶)培养与模拟患者组织。"在研究中使用Matrigel有一些缺点,因为每一批都不一样。化学定义的替代品可能更便宜、更均匀,这将证明对生物医学研究非常有益,"沃特斯博士说。基里安教授指出,天然材料业务是一个价值数十亿美元的产业,他说该团队热衷于探索商业化途径:"我们认为,Trpzip水凝胶和类似材料将为动物源性产品提供更统一、更具成本效益的替代品。如果我们的材料能减少科学研究中使用的动物数量,那将是一个巨大的成果。"下一阶段的研究将涉及与行业和临床科学家合作,测试Trpzip凝胶在组织培养中的效用,并探索能突出其独特动态特性的应用,如三维生物打印和干细胞输送。...PC版:https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1392947.htm手机版:https://m.cnbeta.com.tw/view/1392947.htm

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