從蜘蛛絲獲得啓發：微生物纖維比鋼更硬，比凱夫拉更韌_風聞

研究人員設計了一種澱粉樣絲雜交蛋白，並以基因工程細菌作為生產工廠。由此獲得的纖維比部分天然蛛絲更為堅韌。

新型蛋白質纖維的強度比普通鋼材的強度還高。

蜘蛛絲是地球上最堅韌的材料之一，材料科學家一直希望仿造出類蛛絲材料。eurekalert.org網站當地時間7月20日報道，美國華盛頓大學研究人員Fuzhong Zhang教授等設計了一種澱粉樣絲雜交蛋白，並以基因工程細菌作為生產工廠。由此獲得的纖維比部分天然蛛絲更堅韌。相關研究成果刊登在《ACS Nano》雜誌中。

2018年，Zhang教授帶領的團隊改造了一種重組蛛絲，使其機械性能能與天然蛛絲媲美。Zhang説：“在那之後，我們就一直在嘗試用合成生物平台創造出比蛛絲更好的材料。”在保留蛛絲原始特性的基礎上，他們通過修改蛛絲蛋白質的氨基酸序列，引入了新的特性。

重組蛛絲纖維面臨的重要問題在於，如何在不對天然蛛絲進行重大序列修改的前提下，製造出β-納米晶體。β-納米晶體是天然蛛絲的主要成分，其作用是增進蛛絲強度。Zhang説：“蜘蛛是製造β-納米晶體纖維的專家。但當人類以人工紡絲工藝製造β-納米晶體纖維時，合成絲纖維中的納米晶體含量往往偏低。”

為了解決這個問題，研究人員引入了澱粉樣蛋白序列。他們以3種成熟的澱粉樣蛋白序列作為代表，創造了不同的聚合澱粉樣蛋白。由此獲得的蛋白質具有比蛛絲更少的重複氨基酸序列，降低了工程細菌生產合成纖維的難度。最終，工程細菌產生了一種包含128個重複單元的雜交聚合澱粉樣蛋白。蛋白質越長，纖維就越堅韌。新型蛋白質纖維不僅強度高於普通鋼，韌性也高於凱夫拉縴維和已知重組絲纖維。

在Young-Shin Jun教授團隊的協助下，研究人員證實，聚合物澱粉樣纖維的超強機械性能確實與β-納米晶體數量增加有關。Zhang表示：“我們不會止步於此。工程生物學一定能製造出比天然材料更好的新材料。”

編譯：德克斯特

審稿：西莫 

責編：陳之涵

期刊來源：《ACS Nano》

期刊編號：1936-0851

原文連接：https://www.eurekalert.org/pub_releases/2021-07/wuis-mpf072021.php

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