比钢铁更坚固！科学家利用基因工程，让细菌生产出最强韧的新型纤维材料

看似柔弱的蜘蛛丝，是地球上最坚韧的材料之一。现在，圣路易斯华盛顿大学的工程师们设计了淀粉样丝杂交蛋白，并用工程细菌生产它们，之后形成了一种天然的蜘蛛丝更坚韧的纤维。

这种人造丝——被称为“聚合淀粉样”纤维——由麦凯维工程学院能源、环境与化学工程系教授Fuzhong Zhang的实验室通过基因工程细菌制造的。

2018年，他的实验室改造了一种重组蜘蛛丝，使其在所有重要机械性能上都能与天然蜘蛛丝媲美。之后他们想知道，是否能利用这些合成生物平台，创造出比蜘蛛丝性能更优异的材料。

重组蛛丝纤维的一个问题是，无需对天然蛛丝的序列进行重大修改，就需要制造出β-纳米晶体。β-纳米晶体是天然蛛丝的主要成分，有助于增强蛛丝的强度。

为了解决这个问题，研究小组通过引入淀粉样蛋白序列重新设计了蚕丝序列，淀粉样蛋白序列具有形成β-纳米晶体的显著趋势。

他们用三种已被充分研究过的淀粉样蛋白序列作为代表，创造了不同的聚合淀粉样蛋白。由此产生的蛋白质比蜘蛛丝具有更少的重复氨基酸序列，这使得它们更容易被工程细菌生产出来。

最终，该细菌产生了一种含有128个重复单位的杂交聚合淀粉样蛋白。用相似重复单位重组蛛丝蛋白，此前被证明是困难的。

蛋白质越长，产生的纤维就越坚韧。这些重复128次的蛋白质产生了一种比普通钢更强的十亿帕强度(一种测量破坏固定直径的纤维所需要的力的方法)的纤维。这种纤维的韧性(衡量断裂一根纤维需要多少能量的指标)比凯夫拉尔纤维和之前所有的重组丝纤维都要高。它的强度和韧性甚至比一些报道的天然蜘蛛丝纤维还要高。

他们的研究发表在《ACS Nano》杂志上，题为“ Microbially Synthesized Polymeric Amyloid Fiber Promotes β-Nanocrystal Formation and Displays Gigapascal Tensile Strength”。

译/前瞻经济学人APP资讯组

参考来源：https://www.sciencedaily.com/releases/2021/07/210720185821.htm