世界不思議

蜘蛛絲:用來治癒人體的神奇材料


蜘蛛絲是自然界神奇的材料之一,比尼龍更柔韌,比人的頭髮還要細,就其質量而言,比鋼鐵還要堅固。蜘蛛網和巢穴就是由這種令人難以置信的天然蛋白質織成的,蜘蛛用細線在空中滑翔,以躲避捕食者。現在,科學正在尋求利用絲綢的特性來提供藥物和治療我們的身體。

人們正在探索將人造蜘蛛絲作為一種環保材料來革新工程,紡織品和飛機生產,但是在藥物輸送和組織再生中將其用作生物活性材料是相對較新的概念。合成絲的特性意味著它足夠堅固和靈活,可用於人造韌帶,手術縫合線和用於組織修復的細胞支架。

但是,為人類生產所需數量的蛛絲是困難的。蜘蛛是食肉動物,不能像蠶一樣進行養殖。因此,一家公司使用轉基因的蠶來製造蜘蛛絲。另一個研究小組將蜘蛛基因剪接至大腸桿菌中,以產生更具彈性但較弱的絲纖維。

現在,研究人員正在利用大腸桿菌產生的蠶絲來創建可生物降解的網片,從而加速組織生長。用抗生素裝飾纖維意味著可以為患者提供控制釋放,以抵抗緩慢癒合的傷口中的感染。

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但是,最奇怪的生產方法是猶他州立大學對轉基因山羊的使用,這種轉基因山羊的基因經過改變,可以在牛奶中產生蜘蛛絲。山羊絲的未來應用包括用於醫療植入物的凝膠,膠水和塗層。

紡紗是製造人造絲的又一挑戰。蜘蛛自然會產生多達七種不同的類型,這取決於它們使用的腺體和旋轉方式。人類試圖模仿這些過程的嘗試包括使用微流控系統操縱絲綢,使用濕紡將化學物質混合以產生絲綢聚合物以及使用電荷引出絲線的靜電紡絲。

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這些過程中使用的有害化學物質會使絲綢聚合物無法在醫療產品中使用。但是,瑞典大學的一個團隊通過將液滴放置在微觀矽柱頂部以形成三種不同類型的生物活性絲蛋白,來形成三種類型–用於癌症治療的納米線,用於檢測生物標記物的塗層以及用於支架以促進細胞生長的薄片。

自動從水凝膠中取出絲綢是快速擴大生產規模的另一種選擇。現在,來自日本研究所的致力於可持續製造的科學家利用海洋細菌和光合作用建立了所謂的微生物工廠。

為了生產合成的拉纏絲,蜘蛛將其用作織網,以增強其強度,他們對紫色細菌硫親紅酵母進行了基因改造,從而僅使用海水,鹽,氮氣,酵母和光來製造絲。整個過程是碳中和的,可能導致大量生產而沒有任何環境影響。

拉產絲是另一項開創性醫療技術的組成部分-可用於人體成像的生物透鏡。研究人員從一種叫做「爸爸-長腿蜘蛛」的物種中收集了絲綢,並用樹脂對其進行了處理。當樹脂固定在纖維上時,就製成了高精度的光學透鏡。

將來,該技術可用於實現生物組織和人體內部的高解析度成像。

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