蜘蛛絲長期以來一直吸引了科學家和漫畫作家的想像。蜘蛛絲非常強,但令人驚訝的彈性絲具有一些非常理想的特性,我們可以使用這些特性。雖然蜘蛛俠自1962年以來一直在旋轉自己的絲綢,但事實證明,這款超級大國對正常人來說是一個巨大的挑戰。
蜘蛛的Spinneret-將蜘蛛絲插入纖維中的器官非常複雜,科學家多年來一直在開發人造版本。但是在最近的一個紙入自然通訊研究人員宣布他們終於做到了。新設備只有幾英寸長,並通過模仿蜘蛛旋轉的微觀通道擠出了絲綢。就像蜘蛛俠使用他的網絡射擊者從危險中拯救人們一樣,人類很快就可以通過部署自己的蜘蛛絲來挽救生命。
在漫畫界,像超級行動者這樣的外部危險對人們的安全構成了最大的威脅。值得慶幸的是,蜘蛛俠可以懸掛網絡以磨碎綠色妖精的滑翔機或將章魚醫生的手臂互相紮根。但是在現實世界中,對我們安全的最令人擔憂的威脅往往來自我們自己的身體。根據麻省理工學院的民用與環境工程教授馬庫斯·布勒(Markus Buehler)的說法,蜘蛛絲確實可以幫助我們挽救這種內部危險的生命。
他告訴Tech Times,人體絲綢的寶貴特性可用於改善從縫合線到器官替換的醫療技術,因為“人體不會拒絕絲綢”。
醫學的主要挑戰之一是使患者免於器官衰竭。根據美國衛生與公共服務部的說法,器官移植的等待名單每10分鐘更長,平均每天21人死亡,同時等待器官移植。器官捐贈根本不足以滿足對器官移植的需求,促使研究人員開發在實驗室中創建新器官的方法,包括3D打印它們使用單元格作為“墨水。 ”
Buehler說,這種新設備生產的絲質“比蜘蛛絲更可修改”,這種多功能性可以使使用絲綢創建合成器官。他解釋說,這種絲綢旋轉設備的工作方式是,它從天然蜘蛛絲中發現的兩個主要組件中匯集了絲綢。一個成分由密集的絲綢蛋白質製成,另一個由更鬆散連接的絲蛋白製成。
Buehler說:“您可以將其想像為磚和砂漿結構,在該結構中,砂漿是較軟的組件,而磚塊是濃密的組件。”
像磚牆一樣,必須以特殊的方式排列這兩個組件才能創建穩定的結構。使用非常高級的計算機模擬,可以更好地了解這些蛋白質在分子水平上所做的事情,研究人員能夠弄清楚蜘蛛如何為絲綢奠定基礎。該設備生產的合成絲不像蜘蛛的絲綢那樣複雜,但它使用了相同的基本藍圖。研究人員的下一步將是用適合我們需求的裝飾來修飾這個普通的“牆”。
Buehler解釋說:“如果您建造牆壁,但隨後添加了一些鉤子,該鉤子在生物系統中,將使用'鉤子'將細胞連接到這些牆壁上怎麼辦。”
這樣,絲綢將成為建築合成器官的一種腳手架。目前,布勒和他的同事正在努力添加彈性蛋白,這是一種在我們自己的皮膚和肺組織中發現的彈性蛋白(在蹦極繩狀鯨魚神經),絲綢。由於這種蛋白質自然而然地在我們的體內發現,因此我們的細胞被編程為以特定方式對其做出反應。知道這一點,科學家可以以絲綢的方式操縱細胞,從而成長為新器官。
布勒說:“如果絲綢材料在其表面上具有新的蛋白質,例如彈性蛋白,則可以指示生物系統做某些事情並種植某些類型的組織。”
因此,醫生不會使用綁在手腕上的絲綢旋轉器向他們拍攝網絡來挽救他們的患者,儘管Buehler確實承認人造Spinneret“絕對足夠小,可以成為可穿戴的設備”。與蜘蛛俠的網絡射擊遊戲類似,新設備不僅限於一次生產一條微弱的絲綢。
Buehler說:“現在我們有了一個旋轉設備,我們可以製造一種具有數千個旋轉植物的設備。” “在自然蜘蛛中,你有一個。”
絲綢的可修改設計還可以使科學家能夠製造出比天然蜘蛛絲更強的絲綢。研究人員最近通過用石墨烯噴灑蜘蛛,但是人造旋轉器設備可以使他們無需使用任何蜘蛛。此外,科學家不知道蜘蛛如何將石墨烯摻入絲綢中,但是如果他們將石墨烯或其他強化材料插入自己的人造絲綢中,他們將確切地知道他們正在使用的東西。
科學家仍在努力將彈性蛋白等分子納入絲綢中,因此,絲綢can骨的合成器官或絲綢縫合線需要一段時間才能成為現實。布勒還警告說,絲綢主鏈本身與人體兼容,但添加到其上的分子可能不會進行,必須進行測試以確保它們不會引起有害反應。畢竟,蜘蛛俠的叔叔本叔叔說:“巨大的力量,造成了巨大的責任。”