生物材料(biomaterial)是生物體材料(biological material)和生物醫(yī)用材料(biomedical material)的統(tǒng)稱。生物材料學是一門綜合性新興學科，學科交叉十分廣泛，包括生命科學、材料學、工程學、醫(yī)學等。生物材料應(yīng)用廣泛，尤其在醫(yī)學領(lǐng)域的應(yīng)用具有廣闊的發(fā)展前景。世界各國對生物工程十分重視，中國也把生物工程列為重點發(fā)展的科研項目之一。近日，中國生物多樣性保護與綠色發(fā)展基金會（簡稱中國綠發(fā)會，綠會）國際部獲悉一篇關(guān)于受帽貝啟發(fā)，開發(fā)具有超強強度的新型生物材料的研究文章，現(xiàn)將其整理編譯如下，供感興趣的朋友參考。

(資料圖)

來自樸茨茅斯大學（University of Portsmouth）的由生物學家、化學家和工程師組成的跨學科團隊，受到帽貝的啟發(fā)，成功地培育出了一種具有超強強度的生物材料。

圖源: Nature Communications (2022). DOI: 10.1038/s41467-022-31139-0

帽貝是一種水生蝸牛，牙齒非常堅硬。它們的牙齒含有一種堅硬而柔韌的復合材料，這是已知的具有最強強度的生物材料，遠強于蜘蛛絲，可與包括碳纖維和凱夫拉纖維在內(nèi)的人造物質(zhì)媲美。

研究團隊現(xiàn)在已經(jīng)成功地在實驗室中模擬帽貝牙齒的形成，并制造出一種新的復合生物材料。這項發(fā)表于《自然通訊》(Nature Communications)的研究表明，它很有潛力被升級為強度和柔韌性堪比合成材料的材料，而且在廢棄處理時不會產(chǎn)生有害廢物。

該研究的主要作者、樸茨茅斯大學藥學和生物醫(yī)學科學學院的羅賓·魯姆尼博士（Robin Rumney）說:“像凱夫拉爾這樣的全合成復合材料被廣泛使用，但它的制造過程可能有毒，而且這種材料既昂貴又難以回收。而我們研究的材料，就其來源和制造方式而言，它可能更具可持續(xù)性，且在使用生命周期結(jié)束時可以被生物降解。”

帽貝牙齒具有如此強度是基于一種獨特的纖維結(jié)構(gòu)，研究人員開發(fā)了一種方法，讓細胞群在自然環(huán)境之外的血清涂層玻璃上生長，兩周后，這些細胞自我組織，表現(xiàn)出極其強大的再升能力，形成了類似帽貝牙齒的結(jié)構(gòu)。

羅賓·魯姆尼博士補充道：“我花了6個月的時間來建立這個流程，我見證了我能想到的每一種排列，以了解細胞可能需要什么，以及它們?nèi)绾紊L。這與通常在實驗室環(huán)境中培養(yǎng)的細菌非常不同，所以我們必須從頭開始研究可行的方法?！?/p>

在成功復制帽貝牙齒的形成過程后，該團隊隨后生產(chǎn)出了半厘米寬的生物材料樣本。目前，魯姆尼博士和他的團隊正在探索這種材料被大規(guī)模生產(chǎn)的可能性。

他說:“我們的下一步是尋找其他方法來促進鐵的形成，所以我們正在研究帽貝細胞的分泌物以更好地理解這一點。如果效果好的話，我們可以把感興趣的基因提取出來，并將它們放入細菌或酵母中大規(guī)模培養(yǎng)它們。對于我們現(xiàn)在所面臨的海洋塑料危機，我認為我們可以從海洋生物身上學習如何通過使用生物替代品來替代塑料，從而更好地保護海洋生物?！?/p>

“這是一個真正的跨學科項目，得到了海洋生物學家的全力支持和生物信息學家的積極參與，后者量化了從制造牙齒的齒槽的所有基因。同時，研究也得到了進行x射線分析和力學測試的工程師以及開發(fā)這種材料的化學家的幫助，沒有他們，研究也不可能達到預期目標?！?/p>

研究的資深作者、樸茨茅斯大學藥學和生物醫(yī)學科學學院的戴瑞克·戈雷基教授（Darek Gorecki）說:“這個項目雖然始于好奇心，但它可不僅僅是一項“藍天研究”，當它真正應(yīng)用于實踐時，我們就能體驗到科學的神奇。

參考資料：https://phys.org/news/2022-07-biomaterial-super-strength-limpets.html

編譯：Sara

審核：Lucy

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