科学家使用改性丝蛋白创造新的不粘表面

丝绸是一种由飞蛾纺成的天然纤维，数千年来一直被用于制造耐用和精细的织物——以及用于缝合伤口的手术缝合线。最近，科学家们学会了将纤维分解成它们的基本蛋白质元素——丝素蛋白——并将其重组为凝胶、薄膜、海绵和其他形式，以创造从可植入的骨科螺钉到改变颜色的纺织墨水等一切。到身体化学。

塔夫茨大学罗宾逊化学教授KrishnaKumar说：“使丝绸成为如此独特的材料的原因在于，它不仅可以呈现出多种形式和形状，而且可以通过对丝素蛋白进行化学修饰来轻松改变其特性。”

“如果我们想使用丝素蛋白制造出被身体以不同速率吸收的骨科螺钉，我们需要修改化学成分，”他说。“如果我们想创造一种检测氧气、葡萄糖或其他血液成分的血液传感器，我们会修改化学成分。在这项研究中，我们修改了丝素蛋白以排斥水，我们可以通过一种可以“调整”的方式来做到这一点'材料或多或少是防水的。”

这一进展发表在《化学生物化学》杂志上。

将蚕丝变成防水材料涉及用含有碳和氟的短化学链(称为全氟化碳)覆盖丝素蛋白的表面。这些链非常稳定，不会与其他化学物质发生反应，也不会与体内的蛋白质和其他生物化学物质发生相互作用。

虽然丝蛋白的天然表面对水起到磁铁的作用，丝上带负电荷和正电荷的分支会吸引水，但覆盖有全氟化碳的丝蛋白几乎不会留下水来吸附。

全氟化碳甚至可以抵抗通常将分子聚集在一起的其他力引起的吸引力。改变丝蛋白上全氟化碳链的数量和长度可以调整它的“不粘”程度。化学助理教授卢克戴维斯确定了丝绸表面显示不粘行为所需的氟含量。

化学合成是在温和的条件下完成的，因此与其他不粘物质的生产不同，制造过程对工人和环境都更安全。更安全的制造和可再生的生物材料来源检查了两个盒子的可持续性。

塔夫茨大学的研究人员通过观察水珠在材料表面上的形成方式来测量不粘特性——就像水如何从打蜡的汽车上滚下来一样。事实上，在使用最高水平的全氟化碳模制成棒状的不粘丝绸上，水会卷成圆润的水滴，比在聚四氟乙烯上做的还要紧。

从不粘丝上滚下来的不仅仅是水，任何以水为主要成分的物质，包括各种食物、血液、细胞和组织。尽管在本研究中未进行测试，但已知全氟材料也可以排斥油。

“修改医疗设备以防止与水和其他生物制品的有害相互作用有可能在需要时保持强度和完整性，”库马尔实验室的研究生和该论文的合著者JuliaFountain解释说。“丝绸对免疫系统已经相对惰性，因此调整其排斥细胞或其他物质的能力可以使其更加有用。”

高度不粘表面的优势远远超出医疗应用。虽然人们担心从市售的不粘涂层中吸收体内的化学物质，但基于丝绸的不粘表面可能会提供一种替代选择，可以探索其相对安全性。

人们还可以想象汽车挡风玻璃，其中雨水无需使用雨刷就滚落，金属上的涂层有助于防止生锈，或者织物上的涂层更容易清洁。

Stern公司的DavidKaplan说：“我们在改性丝绸以防水方面取得的成功扩展了我们在化学改性丝绸方面取得的成功，例如改变颜色、传导电荷或在生物环境中持续或降解的能力。”塔夫茨大学工程学家庭教授。“作为一种蛋白质，丝绸非常适合模块化化学——能够在天然支架上‘插入’不同的功能成分。”