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刀枪不入?改造微生物生产人造肌肉纤维,比“装甲卫士”凯夫拉更坚韧

2021-12-29

海外星云 2021年15期
凯夫拉防弹效果

近日,华人教授Fuzhong Zhang作为通讯作者在Nature Communications上发表了一篇题目为“微生物生产肌联蛋白的纤维具有优越的机械性能”的论文,论文讲述了该团队采用合成生物学方法,将蛋白质聚合在工程微生物内部。利用这项技术,研究小组设计了高分子量肌联蛋白的微生物生产,然后被纺成纤维。

测试表明,这些纤维优于许多合成和天然聚合物。

Fuzhong Zhang于2012年成为圣路易斯华盛顿大学能源、环境与化学工程系助理教授,其专注于合成生物学领域研究。此前,他用微生物方法生产了比蜘蛛丝更坚韧的人造蜘蛛丝。

Fuzhong Zhang

1比凯夫拉更强

人工肌肉纤维一直是人们感兴趣的话题,研究人员尝试设计具有与肌肉相似特性的材料,从而满足各种应用场景,比如软机器人。此前,MIT的研究人员利用普通的尼龙纤维制作人工肌肉纤维,能模拟天然肌肉组织弯曲运动特性的技能。

而Fuzhong Zhang团队利用微生物生产的人工肌肉纤维,则比棉、丝、尼龙,甚至凯夫拉更强。

凯夫拉是20世纪60年代,美国杜邦公司研制出的一种新型芳纶纤维复合材料,这种新型材料密度低、强度高、韧性好、耐高温、易于加工和成型,其强度为同等质量钢铁的5倍,但密度仅为钢铁的1/5。由于凯夫拉品牌产品材料坚韧耐磨、刚柔相济,具有刀枪不入的特殊本领。在军事上被称之为“装甲卫士”,常常和碳纤维一起相提并论。

肌联蛋白
肌肉的多尺度结构和肌蛋白在大肠杆菌中硅基聚合的示意图

该论文表示,虽然现在工程微生物已经用于可再生生产许多小分子,但是直接微生物合成高性能聚合物材料仍然是一个挑战。……

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