材料百态

生物材料(biomaterial)是生物体材料(biological material)和生物医用材料(biomedical material)的统称。生物材料学是一门综合性新兴学科，学科交叉十分广泛，包括生命科学、材料学、工程学、医学等。生物材料应用广泛，尤其在医学领域的应用具有广阔的发展前景。世界各国对生物工程十分重视，中国也把生物工程列为重点发展的科研项目之一。近日，中国生物多样性保护与绿色发展基金会（简称中国绿发会，绿会）国际部获悉一篇关于受帽贝启发，开发具有超强强度的新型生物材料的研究文章，现将其整理编译如下，供感兴趣的朋友参考。

来自朴茨茅斯大学（University of Portsmouth）的由生物学家、化学家和工程师组成的跨学科团队，受到帽贝的启发，成功地培育出了一种具有超强强度的生物材料。

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

帽贝是一种水生蜗牛，牙齿非常坚硬。它们的牙齿含有一种坚硬而柔韧的复合材料，这是已知的具有最强强度的生物材料，远强于蜘蛛丝，可与包括碳纤维和凯夫拉纤维在内的人造物质媲美。

研究团队现在已经成功地在实验室中模拟帽贝牙齿的形成，并制造出一种新的复合生物材料。这项发表于《自然通讯》(Nature Communications)的研究表明，它很有潜力被升级为强度和柔韧性堪比合成材料的材料，而且在废弃处理时不会产生有害废物。

该研究的主要作者、朴茨茅斯大学药学和生物医学科学学院的罗宾·鲁姆尼博士（Robin Rumney）说:“像凯夫拉尔这样的全合成复合材料被广泛使用，但它的制造过程可能有毒，而且这种材料既昂贵又难以回收。而我们研究的材料，就其来源和制造方式而言，它可能更具可持续性，且在使用生命周期结束时可以被生物降解。”

帽贝牙齿具有如此强度是基于一种独特的纤维结构，研究人员开发了一种方法，让细胞群在自然环境之外的血清涂层玻璃上生长，两周后，这些细胞自我组织，表现出极其强大的再升能力，形成了类似帽贝牙齿的结构。

罗宾·鲁姆尼博士补充道：“我花了6个月的时间来建立这个流程，我见证了我能想到的每一种排列，以了解细胞可能需要什么，以及它们如何生长。这与通常在实验室环境中培养的细菌非常不同，所以我们必须从头开始研究可行的方法。”

在成功复制帽贝牙齿的形成过程后，该团队随后生产出了半厘米宽的生物材料样本。目前，鲁姆尼博士和他的团队正在探索这种材料被大规模生产的可能性。

他说:“我们的下一步是寻找其他方法来促进铁的形成，所以我们正在研究帽贝细胞的分泌物以更好地理解这一点。如果效果好的话，我们可以把感兴趣的基因提取出来，并将它们放入细菌或酵母中大规模培养它们。对于我们现在所面临的海洋塑料危机，我认为我们可以从海洋生物身上学习如何通过使用生物替代品来替代塑料，从而更好地保护海洋生物。”

“这是一个真正的跨学科项目，得到了海洋生物学家的全力支持和生物信息学家的积极参与，后者量化了从制造牙齿的齿槽的所有基因。同时，研究也得到了进行x射线分析和力学测试的工程师以及开发这种材料的化学家的帮助，没有他们，研究也不可能达到预期目标。”

研究的资深作者、朴茨茅斯大学药学和生物医学科学学院的戴瑞克·戈雷基教授（Darek Gorecki）说:“这个项目虽然始于好奇心，但它可不仅仅是一项“蓝天研究”，当它真正应用于实践时，我们就能体验到科学的神奇。

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