受帽贝启发，全新的具有极高强度的生物材料 -山东化工网

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受帽贝启发，全新的具有极高强度的生物材料

文章来源：贤集网更新时间：2022-07-14 15:20:58

这种类似蜗牛的小型水生软体动物使用长有微小牙齿的舌头将食物从岩石上刮下并放入口中。

这些牙齿含有一种坚硬而柔韧的复合材料，在 2015 年被发现是已知的最强的生物材料，远强于蜘蛛丝，可与包括碳纤维和凯夫拉尔在内的人造物质相媲美。

该团队现在已经成功地在实验室模拟了帽贝牙齿的形成，并用它来制造一种新的复合生物材料。

今天发表在《自然通讯》杂志上的这项研究表明，它有可能被升级为可以与合成材料的强度和灵活性相媲美的东西，但可以在不产生有害废物的情况下进行处理。

该大学药学和生物医学科学学院的主要作者 Robin Rumney 博士说：“像凯夫拉尔这样的全合成复合材料被广泛使用，但制造过程可能有毒，材料难以回收且成本高昂。

“在这里，我们有一种材料，就其来源和制造方式而言，它可能更具可持续性，并且在其生命结束时可以生物降解。”

人们认为，帽贝牙齿强度的秘诀在于一种独特的结构，其中包含一种称为几丁质的支架材料的柔性紧密排列的纤维的组合，其中散布着一种称为针铁矿的含铁矿物的细晶体。这些纤维相互交织，就像碳纤维可以用来增强塑料一样。

研究人员开发了一些方法，使这些细胞群能够在涂有血清的玻璃上在自然环境之外生长，它们在那里沉积几丁质和氧化铁，就像在帽贝牙齿中一样。

值得注意的是，两周后，它们自我组织成类似于帽贝器官的结构，称为齿舌，它可以制造牙齿。在海绵中也观察到了这种极其强大的再生，但它们缺乏在帽贝和其他软体动物中发现的组织和器官的复杂排列。

Rumney 博士甚至找到了从组织样本和含有干细胞的群体中长出牙齿带的方法。

“我花了六个月的时间来建立这个过程”，他补充道。

“我经历了所有我能想到的细胞可能需要什么以及它们如何生长的排列。

“这与通常在实验室环境中生长的细菌或癌细胞非常不同，因此我们必须从头开始研究什么是有效的。”

在成功复制了帽贝牙齿的形成后，该团队随后能够生产出半厘米宽的生物材料样本。他们通过矿化一层甲壳素来做到这一点，甲壳素是一种在甲壳类动物、螃蟹和虾的外骨骼中发现的渔业副产品。

现在已经建立了概念验证，Rumney 博士和团队想要探索这些微型光盘可以放大和大规模生产的可能性。

他说：“我们的下一步是寻找其他方法让铁形成，因此我们正在研究帽贝细胞的分泌物以更好地理解这一点。如果它真的很好，那么我们已经有了器官，这样我们就可以将感兴趣的基因取出，并希望将它们放入细菌或酵母中以大规模培养它们。

“很明显，我们现在在海洋中遇到了塑料危机，我认为这是一个很好的对称性，我们可以从海洋生物身上学到如何通过用生物替代品代替塑料来更好地保护它们。

“这是一个真正的跨学科项目，得到海洋生物学家的全力支持和我们常驻生物信息学家的积极参与，他们量化了制造牙齿的齿舌的所有基因读数。如果没有工程师，我们也无法实现我们的目标。 X 射线分析和机械测试，以及帮助开发这种材料的化学家。”

该论文的资深作者，朴茨茅斯大学药学与生物医学科学学院的 Darek Gorecki 教授说：“我开始这个项目是为了好奇，看看我们是否使用我的研究中应用的原理从帽贝的齿舌中培养细胞。哺乳动物细胞培养实验室。

“这不仅仅是一项蓝天研究，现实世界的应用程序并没有立即显现出来，它几乎是一个天上掉馅饼的项目。当它奏效时，这就是科学处于最佳状态的地方。”

原文链接：https://www.xianjichina.com/special/detail_512805.html
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