超强韧性！浙大杭州科创中心开发新策略制造软组织模拟生物材料

电影《蜘蛛侠》让很多人见识到了被赋予超能力蜘蛛丝的超强韧性，现实生活中是否也能生产出这样的神奇“蜘蛛丝”呢？近日，浙江大学杭州国际科创中心（简称科创中心）与上海科技大学的青年科学家做出了尝试，采用全新方法让蛋白材料更有韧性。

超强韧性！

仿生MAPE策略创新生物材料

天然丝纺纱是蜘蛛和蚕用来制造超强韧丝的策略。它可以被认为是一种优化的介观组装加工工程（MAPE）策略，可以有效地协调分子和超分子组装以及自然纺丝。受这一过程启发，上海科技大学凌盛杰研究员和科创中心姚远研究员等开发了一种仿生MAPE策略，以制造模拟生物组织结构和机械特性的生物材料，相关成果已发表在ADVANCED FUNCTIONAL MATERIALS期刊上。

简单地说，我们可以把蛋白看成是“面粉”，科学家们研制了一种特殊的溶液，当这种溶液滴到“面粉”上的时候，“面粉”就出现了结晶现象，力学结构发生改变，从而变得异常有韧性。姚远老师表示，他与合作者采用的这种新方法比较便捷、易于操作，所使用的原材料也非常易获得，从而拥有比较好的产业化应用前景。

“我们正尝试把这种研究应用在医疗器械的组织工程里。”姚远老师告诉我们，虽然目前的研究还在实验室阶段，但是这种新材料可以使用到医疗器械中，甚至可以植入人体内，因此对应用而言，未来还是充满无限可能的。

这种新策略有两大优势，一是它通过将相变诱导的介观组装和机械训练诱导的结构重塑协同集成，实现了结构和力学模拟。通过这种方法，生产了高水合丝素蛋白材料具有优异的可调机械性能，例如柔软性、高拉伸性（断裂应变大于 1200%），以及高强度和韧性（强度为5±1 MPa，刚度为18±2 MPa，韧性为6±1 MJ m⁻³）。

二是由于其结构和机械组织匹配特性，这些仿生介观组装材料在调节不同细胞形态方面具有先进性。目前，梯度结构变形（纵横比、扩散面积和周长）得到证实，细胞骨架（肌动蛋白和微管蛋白）和基质适应方向之间的相互作用同样也得到了证实，这些发现都促进了丝素蛋白生物材料在适应性细胞骨架重建调控中的应用。

更强可调节的机械性能，以及材料在调节不同细胞形态方面的优越性，都使得这种新策略下研究的生物材料进入人体具备了可能性，我们甚至可以大胆猜想，它有一天可以做成人工韧带等产品。

扎根萧山 与科创共同成长

姚远老师是生物与分子智造研究院合成生物学研究所副所长，也是科创中心的 “青年人才卓越计划”  “科创百人”入选者，他长期从事基于数据驱动的新型生物活性物质的合成，结合基因编辑技术，应用于组织工程的研究。

离开上海，来到浙江大学杭州国际科创中心，如今，姚远老师已经成为了一名扎根杭州、扎根萧山的科创人，他表示，在科创中心能遇到很多志同道合的年轻人，大家方向不同，但却都怀有科技创新梦想，一起探讨研究，想法更多，进步更大，充满乐趣，本次科研成果中姚远团队的工作就是完全在科创中心完成的。

此外，值得一提的是，姚远老师的本次成果是他和科创中心引入的博士后叶莎莎博士一起完成的。入职一年的时光，团队已经发表多篇论文，申请多项专利，他们见证科创中心的变化，也与科创中心共同成长。姚远老师表示，后期他们还将就成果的产业化方面做出更多探索，也期待和更多有想法、有创意、有干劲的年轻人一起，做出更多有价值的研究。

文字/图片：吴瑶瑶/姚远团队提供

本文编辑：孔晓睿

校对：孔晓睿

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