? | ||
購買進(jìn)口儀器、試劑和耗材——就在始于2001年的畢特博生物 kjhfd.cn |
美國加利福尼亞大學(xué)伯克利分校開發(fā)出一種新奇的方法,用一種良性的病毒——噬菌體作為工具,模擬膠原蛋白來組裝具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的功能材料。研究人員稱該方法為“自模板材料組裝”,其制造成的特殊功能材料擁有可調(diào)節(jié)的光學(xué)、生物醫(yī)學(xué)和機(jī)械性能。該研究發(fā)表在10月20日的《自然》雜志上。 來自大自然的靈感 “大自然有獨(dú)特的能力,能用膠原蛋白、甲殼質(zhì)和纖維素等非?;镜慕ú臉?gòu)造出具有各種功能的材料,我們從自然界獲得了靈感。”該研究領(lǐng)導(dǎo)、伯克利分校生物工程副教授李承旭(音譯)說,“我們發(fā)現(xiàn)了一種方法,能用螺旋狀大分子模擬膠原蛋白,制造動(dòng)植物體內(nèi)復(fù)雜的、具有各種功能的組織材料。” 膠原蛋白是自然界最重要的結(jié)構(gòu)之一。比如藍(lán)面狒狒(Mandrillussphinx)臉上的顏色并非來自色素,而是因?yàn)樵谒鼈兤つw下面,有層次地分布著絞在一起的膠原蛋白纖維束,產(chǎn)生了特殊的光散射而導(dǎo)致;垂直排列的膠原蛋白則是透明的,是構(gòu)成角膜組織的基礎(chǔ)物質(zhì);而螺絲錐形的膠原蛋白纖維,經(jīng)過和磷酸鈣的礦化作用后,能形成最堅(jiān)硬的組織:骨骼和牙齒。 “當(dāng)我在舊金山動(dòng)物園里看到這些藍(lán)面狒狒時(shí),幾乎被迷住了:它們膚色明亮、牙齒鋒利。而構(gòu)成眼角膜、皮膚和牙齒這些功能組織的基本材料都一樣,那就是膠原蛋白。”李承旭說,膠原蛋白纖維經(jīng)過排列、彎曲,能形成特殊的光學(xué)效果和力學(xué)作用,這種簡單的材料可用來構(gòu)造功能多樣且復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。 “我們開始注意膠原蛋白怎樣在有限的空間里排列,在環(huán)境的影響下怎樣組裝成了各種組織。”論文領(lǐng)導(dǎo)作者、李承旭實(shí)驗(yàn)室的博士后研究員鄭佑齊(音譯)說,“我們的工作就是從研究這種層級結(jié)構(gòu)的影響因素開始。但不幸的是,膠原蛋白這種材料太難研究,因?yàn)樗奈锢砘瘜W(xué)結(jié)構(gòu)很難調(diào)整。我們需要一種更靈便的模型系統(tǒng)來解決這一問題。” 用病毒構(gòu)建功能材料 這種模型系統(tǒng)就是不同濃度的M13噬菌體鹽溶液。噬菌體只侵襲細(xì)菌而對人體無害,形狀很長很像筷子,表面還有螺旋狀的槽,也像膠原蛋白纖維,非常適于作有機(jī)模型。“我們開始理解大自然創(chuàng)造復(fù)雜結(jié)構(gòu)的方式,并開發(fā)出更容易的方法來模擬它,甚至拓展它。”李承旭說。 研究人員介紹說,他們的技術(shù)要求把一片玻璃浸入病毒液中,然后以精確的速度緩慢拉出來,玻璃片上就附著上一層新鮮的病毒薄膜。拉出的速度可以在10微米/分鐘到100微米/分鐘,這樣要1小時(shí)到10個(gè)小時(shí)能處理完一整張玻璃片。調(diào)整溶液中的病毒濃度和拉出速度,就能控制液體的黏性、表面張力和薄膜增長過程中的蒸發(fā)率,這些因素決定了病毒最終所形成的樣式結(jié)構(gòu)。 研究小組已經(jīng)利用該技術(shù)制造了3種完全不同的結(jié)構(gòu)。比如用15毫克/毫升較低濃度的病毒溶液,能形成規(guī)則的條紋間隔,其中纖維彼此呈90度角;如果拉出速度更慢,會(huì)提高病毒運(yùn)動(dòng)、方向方面的物理參數(shù),當(dāng)它們附著在玻璃上時(shí),就會(huì)自然地聚集在一起,絞成螺旋帶狀;而最復(fù)雜的結(jié)構(gòu)就像“方便面”,所用的病毒濃度在4毫克/毫升到6毫克/毫升,研究人員利用美國勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室的先進(jìn)光源對其檢測,發(fā)現(xiàn)這種高度有序化的結(jié)構(gòu)能像棱鏡一樣彎曲光線,而這種彎曲方式是自然界或其他工程材料都沒有的。 “用這種技術(shù),我們能在組裝過程中精確調(diào)整影響動(dòng)力和熱力的因素,從而決定形成的結(jié)構(gòu)類型,能控制順序、扭曲方向、薄膜紋理的寬度、高度和間隔。”鄭佑齊說。 這種簡單便捷的特性,預(yù)示了它們有望在制造行業(yè)大顯身手。人們設(shè)定了參數(shù)以后,組裝過程就會(huì)自動(dòng)進(jìn)行而不用管它。李承旭說:“我們可以設(shè)定晚上開始,到第二天早上就有了幾萬億的病毒纖維在基質(zhì)上排成我們想要的樣式。” 此外,這種病毒組裝過程還能用于生物醫(yī)療領(lǐng)域。研究人員用基因工程讓病毒表達(dá)一種特殊的多肽,來影響軟硬組織的生長。用這種轉(zhuǎn)基因病毒薄膜作為引導(dǎo)磷酸鈣礦化作用的組織模板,生成了類似牙齒釉質(zhì)的混合物,將來能作為一種可再生的組織材料。 |
購買進(jìn)口儀器、試劑和耗材——就在始于2001年的畢特博生物
kjhfd.cn |
|