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    家蠶多尺度可控自組裝紡絲機制揭示
      2024-01-15 15:43 來源:科技日報 打印此頁 關閉此頁  
       
     

    記者14日從西南大學獲悉,該校前沿交叉學科研究院生物學研究中心夏慶友/何華偉教授團隊,聯合中國科學院生物物理研究所朱平研究員團隊,歷經8年攻關,揭示了家蠶多尺度、可控自組裝紡絲的機制。該研究論文發表在最新一期《科學通報》上。

    家蠶如何紡制出性能優異的蠶絲,即家蠶的紡絲機制問題,是蠶業科學百余年來最受關注的問題之一。目前,科學家提出了“液晶”和“膠束”兩種主要的紡絲模型。前者認為紡絲液是由球狀絲素蛋白聚集形成的類棒狀結構組成的液晶,后者認為紡絲液是由兩親性的絲素蛋白聚集而形成的膠束。由于缺乏家蠶絲腺腔中天然絲素蛋白(NSF)的精細結構,這兩種模型目前仍然面臨較大的爭議。

    在家蠶絲腺腔中,NSF在15%—30%的濃度下仍然保持結構穩定而不發生聚集沉淀。然而,一旦脫離體內環境,NSF很快會聚集形成沉淀。因此,絕大多數的研究都使用再生絲素蛋白而不是NSF。穩定NSF的結構,是破譯家蠶紡絲機制所要面對的首要挑戰。

    研究人員4年內解剖了超過20000頭家蠶,篩查了1000余種化合物和5000多種化合物組合,發現只有兩種化合物可以在溶液中保持NSF的結構長期穩定。在此基礎上,他們對家蠶絲腺腔中NSF的形態、結構和組裝進行了系統研究,發現金屬離子可逆地誘導NSF形成柔性納米纖維;同時建立了利用金屬投影原位分析NSF組裝的方法,發現在前部絲腺靠近吐絲器處,NSF納米纖維平行于紡絲管腔排列,形成了高度有序排列的“魚骨狀”高級結構,為家蠶紡絲做好了充分的準備。

    該研究不僅創建了蠶絲蛋白精細結構和自組裝的新型研究系統和研究范式,還為昆蟲紡絲機制研究和高性能人工纖維的仿生設計提供了新的見解和指導。

     
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