合成蜘蛛絲制造的新突破

一組工程師發(fā)現(xiàn)了一種使用貽貝足蛋白生產(chǎn)高產(chǎn)合成蜘蛛絲的技術，同時保持其強度和韌性。

長期以來，蜘蛛絲的卓越性能一直令科學家著迷，因為它擁有超越鋼鐵的強度，同時又保持輕盈和柔韌。華盛頓大學圣路易斯麥凱維工程學院能源、環(huán)境和化學工程教授張福中在合成蜘蛛絲的制造方面取得了重大進展，為可持續(xù)服裝生產(chǎn)的新時代打開了大門。

自從他在 2018 年使用細菌設計重組蜘蛛絲以來，張一直專注于提高微生物絲線的產(chǎn)量，同時保留其理想特性，例如增加強度和耐用性。

如果要在日常應用中使用合成絲，則更高的產(chǎn)量將是至關重要的，特別是在時尚行業(yè)，那里對可再生材料的需求很大，以阻止每年生產(chǎn)約 1000 億件服裝和 9200 萬噸廢物造成的環(huán)境影響.

在工程貽貝足蛋白的幫助下，Zhang 創(chuàng)造了新的蜘蛛絲融合蛋白，稱為雙末端 Mfp 融合絲 (btMSilks)。btMSilks 的微生物生產(chǎn)比重組絲蛋白的產(chǎn)量高八倍，并且 btMSilk 纖維在重量輕的同時大大提高了強度和韌性。這可以通過提供比傳統(tǒng)紡織品更環(huán)保的替代品來徹底改變服裝制造。研究結(jié)果最近發(fā)表在《自然通訊》雜志上。

“天然蜘蛛絲出色的機械性能來自其非常大且重復的蛋白質(zhì)序列，”張說。“然而，讓快速生長的細菌產(chǎn)生大量重復性蛋白質(zhì)極具挑戰(zhàn)性。

“為了解決這個問題，我們需要一種不同的策略，”他說。“我們一直在尋找可以與絲片段基因融合以促進分子相互作用的無序蛋白質(zhì)，這樣就可以在不使用大型重復蛋白質(zhì)的情況下制造出堅固的纖維。實際上，我們在研究貽貝足部蛋白質(zhì)時就在這里發(fā)現(xiàn)了它們。”

貽貝會在它們的腳上分泌這些特殊的蛋白質(zhì)來粘住東西。張和他的合作者設計了細菌來生產(chǎn)它們，并將它們設計為生物醫(yī)學應用的粘合劑。事實證明，貽貝足部蛋白質(zhì)也具有粘性，這使它們也能很好地相互粘附。通過將貽貝足蛋白片段放在他的合成絲蛋白序列的末端，Zhang 創(chuàng)造了一種重復性較低的輕質(zhì)材料，其強度至少是重組蜘蛛絲的兩倍。

與過去的研究相比，張的材料產(chǎn)量增加了八倍，從 1 升細菌培養(yǎng)物中達到 8 克纖維材料。該輸出構成了足夠的織物來測試在實際產(chǎn)品中的使用。

標簽：