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。受这一过程的启发,上海科技大学凌盛杰和浙江大学姚远等人开发了一种仿生MAPE策略,以制造模拟生物组织结构和机械特性的生物材料。
本文要点:
1)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)。
2)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。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。这些发现促进了丝素蛋白生物材料在适应性细胞重建调控中的应用,因为细胞形态是其生理功能的基础。
参考文献:
Zhang, Y., et al., Natural Silk Spinning-Inspired Meso-Assembly-Processing Engineering Strategy for Fabricating Soft Tissue-Mimicking Biomaterials. Adv. Funct. Mater. 2022, 2200267.
https://doi.org/10.1002/adfm.202200267