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可模仿跳虫跳跃的仿生可植入橡胶 - China Medical Device Manufacturer
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Wed, January 17th, 2018

2006年5/6月刊 » 技术新知
可模仿跳虫跳跃的仿生可植入橡胶

Chris Elvin博士示范拉伸合成橡胶。

跳蚤之所以能在狗儿间跳跃自如,蛋白分子功不可没。研究人员可望利用这种物质来生产仿生树脂,用作设备材料。许多昆虫也拥有这种节肢弹性蛋白分子(resilin),它使昆虫展翅时,不会损伤翅膀与身体之间的连接组织。

Chris Elvin博士是澳洲联邦科学与工业研究组织家畜业研究所(CSIRO Livestock Industries)的首席研究员,该所是澳洲St. Lucia市的一家政府研究机构。Elvin博士在研究家畜寄生虫的过程中,读到了有关节肢弹性蛋白(一种由双个或三个酪氨酸组成的弹性物质)的文章。这种蛋白质随机交叉相连,绕成链状。

它似乎比其他橡胶更具弹性,这一点激发了Elvin博士的兴趣。它的分子可以延长数倍而不失弹性,他说道。
该物质的另一特性是耐疲劳性。正因为有了节肢弹性蛋白, 一只寿命7天的蜜蜂就能扇翅5亿周次,他说道,而人体脊椎植入物的使用寿命需要达到一亿周次。通过基因模式分析,Elvin的研究小组发现了这种耐疲劳特性,研究并显示节肢弹性蛋白只形成于昆虫的蛹期,所以必须终生耐用。

经久耐用是关键。对于脊椎植入物而言,寿命达一亿周次的节肢弹性蛋白无疑是理想的制作材料。此外,节肢弹性蛋白原形恢复率约为97%(通过原子力显微镜进行纳米级的弹性测试),相比之下,诸如皮肤、心脏、肺、腱和韧带等人类组织原形恢复率仅约为90%。

为了制造合成节肢弹性蛋白,研究小组从黑腹果蝇中提取出节肢弹性蛋白的基因样本,然后将样本注入大肠杆菌。大肠杆菌随后会产生几克的节肢弹性蛋白前体(proresilin)。此时,该物质仍为液体,Elvin说,我们必须设法将它变成固体。

为此,Elvin在光照下将节肢弹性蛋白前体与钌催化剂(ruthenium catalyst)混合,以便与酪氨酸(tyrosine amino acids)结合,一种类似橡皮圈的物质随之产生了。接着,研究小组对这种物质进行了体内和体外测试,以期探究物质的特性。

这一多学科研究小组的目标是强化材料,使其具有抗降解的能力。现在,这种材料还是软了点,所以我们正在努力使其硬化,Elvin解释说,另外,我们正以一种有机化学法将蛋白质进行重组,并降低橡胶的降解速度。最终材料的结构将会改变,更类似于肽。

对该物质进行可行性研究的工作人员有15到16名,来自各个学科。我对他们的工作也并不完全了解,他笑着说。

Elvin说,一旦弄清这种材料,研究小组就可以将某些特性用于不同领域。目前,他正研究如何将节肢弹性蛋白用于脊椎植入物、药物、治疗性蛋白质机制与人造血管等等。

我们热切盼望与企业建立合作关系,他说,一旦了解企业的应用想法,我们就可以调整材料,满足企业的需求。

该研究小组正在申请本开发项目的两项专利,他们已拥有一项针对此种材料和程序的临时专利。

该项研究由新兴科学计划(纳米技术)、澳洲研究委员会、澳洲联邦政府提供支持,资金赞助为CSIRO、教育科学与培训部专款。


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