
合成纤维占世界纤维产量60%以上,进入海洋的微塑料有35%来自这些原材料。科学家一直视蜘蛛丝为极具吸引力的可持续替代品,但以前人造蜘蛛丝纺丝过程挑战重重,其一是缺乏糖蛋白和脂质表面层,等于蜘蛛涂在网上的抗衰老乳液,因此人造蜘蛛丝无法承受湿度和阳光照射。
第二点挑战是蜘蛛与蚕的生活习惯大相径庭,蚕是合作性,可共用生活空间,但如果把几千只蜘蛛放在一起,只会互相争斗至死,直到剩一两只。基因改造蚕为这些问题提供解决方案。
中国科学家利用CRISPR-Cas9基因编辑技术修改蚕的DNA,使产丝腺体转产蜘蛛丝,且这种蜘蛛丝也有天然保护层,保护免受潮湿和阳光照射。但研究员需“定位”修饰基因改造蜘蛛丝蛋白,才能与蚕腺蛋白质正确作用,为了更了解丝的结构,并需要哪些修改才能确保整合有效,研究团队还开发了蚕丝“最小基本结构模型”。
蚕产生的蜘蛛丝纤维比传统蚕丝强韧,约是防弹背心克维拉纤维(Kevlar)的6倍强,也比尼龙拉伸强度高。不只更坚韧,与尼龙和凯夫拉等合成纤维相比,蜘蛛丝也更环保。
蚕生产的蜘蛛丝也解决商业化问题,由于蚕丝是唯一大规模商业化的动物丝纤维,饲养技术成熟,利用基因改造蚕生产蜘蛛丝纤维可实现低成本、大规模商业化。
研究人员表示,要成功培养出基因改造蚕也是挑战,可能需要100个卵才能成功得到几个基因改造蚕,且蚕食量大,需要持续照顾。为了商业化生产蜘蛛丝纤维,团队需将研究级蚕与大规模蚕丝种植的商业品种杂交,此外,研究员还想用合成氨基酸改性丝绸,生产更多更强韧的品种。
由于新蜘蛛丝更坚固且不易碎,可有多种用途,包括手术缝线,或生产防弹服装、智能原材料和航太原材料。此是第一个利用蚕成功生产全长蜘蛛丝蛋白的研究,发表于《Matter》期刊◆