增强仿生蛛丝的新方法

卡罗林斯卡学院的研究人员发现，蜘蛛有一种特殊的技巧，通过使用一种天然的生物相容性分子增强剂，使它们的丝变得结实。通过使用同样的秘密，研究人员能够以无毒的方式制造仿生蜘蛛丝纤维。

　　

蜘蛛丝是一种环保的蛋白质基材料，因其非凡的机械性能而得到广泛认可。目前，由重组蛛丝蛋白(spidroins)制成的仿生蛛丝纤维与天然丝相比，在机械性能方面存在不足。卡罗林斯卡学院的研究人员发现，蜘蛛有一种特殊的技巧，通过使用一种天然的生物相容性分子增强剂，使它们的丝变得结实。在这项研究中，发现蜘蛛利用分子增强剂的结构转换——保守的球状127-残基间隔域——来制造结实的丝纤维。该结构域缺乏多α - α基序，但有趣的是，它含有与人类淀粉样蛋白基序相似的基序，并且它通过非核依赖途径自组装成淀粉样蛋白原纤维，可能避免形成细胞毒性中间体。在重组嵌合蜘蛛蛋白中加入该间隔域有利于自组装成丝状纤维，提高纤维分子均匀性，并显著提高纤维的机械强度。这些发现突出表明，蜘蛛采用不同的策略来生产具有特殊机械性能的丝。间隔结构域为增强重组蛛丝纤维和其他功能材料的性能提供了一种方法。

通过使用同样的秘密，研究人员能够以无毒的方式制造仿生蜘蛛丝纤维。增加仿生蛛丝纤维机械强度的一种策略是将淀粉样蛋白形成基元(纤维蛋白组合)引入蛛丝蛋白(蛛丝蛋白)中。要注意到淀粉样蛋白原纤维本身是有毒的，例如来自茧的丝纳米原纤维，可能与各种疾病有关。卡罗林斯卡医学院生物科学与营养系首席研究员、这项新研究的通讯作者Gefei Chen解释说，在这项研究中，分子增强子(间隔域)通过可能避免形成细胞毒性中间体的途径自组装成淀粉样蛋白样原纤维。在嵌合蛛丝中加入这种间隔域有利于自组装成丝状纤维，提高了纤维的分子均匀性，并显著提高了纤维的机械强度。因此，这种间隔域提供了一种增强重组蛛丝纤维性能的方法，研究人员希望能够在不同的功能材料上使用这种策略来增强它们的机械性能。这项研究是由卡罗林斯卡学院、苏州大学(中国)和尤梅夫大学的研究人员共同努力的，他们使用了人工智能、数学模型和一种纺丝方法等多种工具。