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(shù)，同時保持其強(qiáng)度和韌性。
長期以來，蜘蛛絲的卓越性能一直令科學(xué)家著迷，因?yàn)樗鼡碛谐戒撹F的強(qiáng)度，同時又保持輕盈和柔韌。華盛頓大學(xué)圣路易斯麥凱維工程學(xué)院能源、環(huán)境和化學(xué)工程教授張福中在合成蜘蛛絲的制造方面取得了重大進(jìn)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(xì)菌設(shè)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(qiáng)度和耐用性。
如果要在日常應(yīng)用中使用合成絲，則更高的產(chǎn)量將是至關(guān)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(qiáng)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(jī)械性能來自其非常大且重復(fù)的蛋白質(zhì)序列，”張說。“然而，讓快速生長的細(xì)菌產(chǎn)生大量重復(fù)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(jìn)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(fù)蛋白質(zhì)的情況下制造出堅固的纖維。實(shí)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(shè)計了細(xì)菌來生產(chǎn)它們，并將它們設(shè)計為生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用的粘合劑。事實(shí)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(fù)性較低的輕質(zhì)材料，其強(qiáng)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(xì)菌培養(yǎng)物中達(dá)到 8 克纖維材料。該輸出構(gòu)成了足夠的織物來測試在實(shí)際產(chǎn)品中的使用。
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