你会穿肌肉纤维做的衣服吗？

时间：2021-09-02 00:00:00 来源：网络整理

你会穿肌肉纤维做的衣服吗?用它们系鞋带，甚至当皮带穿?这听起来可能有点奇怪，但如果这些纤维在断裂前能比棉花、丝绸、尼龙甚至凯夫拉尔纤维承受更多的能量，为什么不能呢?

别担心，这种肌肉可以在不伤害任何动物的情况下产生。

圣路易斯华盛顿大学麦凯维工程学院的研究人员开发了一种合成化学方法来聚合工程微生物内部的蛋白质。这使得微生物能够产生高分子量的肌肉蛋白，肌联蛋白，然后纺成纤维。

他们的研究发表在8月30日的《自然通讯》(Nature Communications)杂志上。

此外:“它的生产成本低廉，可扩展。它可能会实现许多人们之前想到的应用，但有了天然肌肉纤维，”能源、环境与化学工程系教授Fuzhong Zhang说。现在，这些应用可能在不需要实际动物组织的情况下实现。

Zhang的实验室合成的肌肉蛋白是肌联蛋白，肌肉组织的三种主要蛋白质成分之一。其力学性能的关键是其分子尺寸大。“这是自然界中已知的最大的蛋白质，”生物与生物医学科学部的博士生卡梅伦·萨金特(Cameron Sargent)说。他和最近刚从能源、环境与化学工程系毕业的博士克里斯托弗·鲍恩(Christopher Bowen)是这篇论文的第一作者。

Zhang说，肌肉纤维已经引起人们的兴趣很长时间了。研究人员一直在尝试设计具有与肌肉相似特性的材料，用于各种应用，比如软机器人。“我们想，‘为什么我们不直接制造人造肌肉呢?’”他说。“但我们不会从动物身上获取它们，我们将使用微生物来实现这一点。”

为了避免一些通常会阻碍细菌产生大蛋白质的问题，研究小组设计了一种细菌，将蛋白质的小片段拼接在一起，形成分子量约为2兆吨的超高聚合物——大约是一般细菌蛋白质大小的50倍。然后，他们使用湿纺工艺将蛋白质转化为直径约10微米的纤维，或人类头发厚度的十分之一。

与西北大学能源、环境与化学工程系教授Young Shin Jun和机械工程系教授Sinan Keten合作，研究小组随后分析了这些纤维的结构，以确定使它们具有特殊韧性、强度和阻尼能力的分子机制，或以热的方式耗散机械能的能力。

Sargent指出，除了华丽的服装或防护盔甲(同样，这种纤维比用于防弹背心的凯夫拉纤维更结实)，这种材料还有许多潜在的生物医学应用。由于它与肌肉组织中的蛋白质几乎相同，这种合成材料可能具有生物相容性，因此可能是缝合、组织工程等方面的伟大材料。

Zhang的研究团队并不打算止步于人造肌肉纤维。未来可能会有更多独特的材料，使他们的微生物合成策略。Bowen、Cameron和Zhang已经根据这项研究申请了专利。

Sargent说:“这个系统的美妙之处在于，它确实是一个可以应用于任何地方的平台。我们可以从不同的自然环境中提取蛋白质，然后将它们放到这个平台上进行聚合，并为各种材料应用创造更大、更长的蛋白质，具有更大的可持续性。”

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