生物材料合成分子開關被發現(圖)
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日前,浙江大學化學系教授唐睿康及其研究團隊發現,自然現象“金蟬脱殼”的“換殼”過程其實是受一個“開關”控制的,這項技術的發現將為科學家進一步研究仿生控制功能提供樣本,讓生物材料的製備變得更加可控。
目前,該項發現的相關論文《Magnesium-aspartate-based Crystallization Switch Inspired from Shell Molt of Crustacean》(受甲殼動物換殼啟發基於鎂-天冬氨酸的結晶開關)已經發表在十二月七日《美國科學院院報》上。
此前,在以卷甲蟲為生物模型的研究中發現,在換殼前其體內參與成殼的碳酸鈣是處於一種非晶態,而在鎂離子的作用下,這些不穩定的非晶態的碳酸鈣則保持在一種“亞穩定狀態”,從而可以作為礦化前體在生物體內富集並存貯,為新殼的快速生成作好物質準備。
然而,通常這個過程需要兩週左右。如何能夠精確地啟動換殼程序,使礦物從“亞穩定狀態”在短時間內完成結晶,對科學家來説一直是個不解之謎。這次唐睿康的課題組找到了這個“開關”。
在對處於換殼時期的卷甲蟲進行了研究後,他們發現,富含酸性氨基酸如天冬氨酸的蛋白質是另一個關鍵的信號。研究表明,在這種特殊蛋白質的作用下,卷甲蟲立即啟動換殼過程,促使處於準備狀態的礦物質前體迅速走向“穩定狀態”從而形成新殼,在自然狀態下,這個過程在短短的數小時之內完成。
最新研究發現,“金蟬脱殼”在“關”的信號下,礦物在體內儲存併為新殼準備,而當“開”的信號一出現,新殼就快速生成。
唐睿康説:“通過製造出一種“仿生開關”,生物材料的合成就可以變得更加可控,從而製造出各種結構、形態和功能的生物材料。而且,這一原理還可以進一步發展用於控制人體內的生理性礦化過程,如骨、牙的形成及病理性礦化如結石、血管鈣化等等,具有極廣的應用性。”
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