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肮脏的狩猎武器:天鹅绒蠕虫,看起来像短腿的毛毛虫,捕捉猎物的分泌物形成聚合物线,因为猎物努力解放自己©AlexanderBär/ Nature Communications 2017科学家现在已经观察到一种非凡的机制,聚合物材料是在剪切力的作用下,天鹅绒蠕虫分泌的纳米颗粒形成可在水中循环的聚合物纤维自然是一位优秀的教师 - 即使对于材料科学家来说,研究人员,包括马克斯普朗克胶体与界面研究所的科学家,现已拥有观察到形成聚合物材料的显着机制为了捕获猎物,天鹅绒蠕虫在力的作用下射出粘稠的分泌物,变硬成强力线

这些线的非凡之处在于它们可以溶解然后再次重新形成

事实上,可逆聚合物纤维可以从先前的液体分泌物中提取出来一个非常有趣的研究人员的概念很可能有一天,基于天鹅绒蠕虫原理合成新型可回收材料是有可能的

有些动物会生产出令人惊奇的材料

例如,蜘蛛丝比钢贻贝丝更强

它们用来紧紧抓住水下的石头天鹅绒蠕虫分泌的物质同样令人印象深刻这些类似蠕虫的动物,看起来像蚯蚓和毛虫之间的交叉,喷出粘稠的液体以抵御敌人或捕获猎物对于像木虱,蟋蟀和蜘蛛这样的猎物来说,它们特别致命:一旦它们试图摆脱粘滑的线,它们的挣扎就会使线变硬,不会有逃避的希望“猎物挣扎产生的剪切力导致粘液硬化成僵硬的细丝,“卡塞尔大学的博士生AlexanderBär解释说,他正在天鹅绒蠕虫专家Georg M的指导下学习为了研究澳大利亚天鹅绒物种的粘液,生物学家与波茨坦马克斯普朗克胶体与界面研究所的研究人员密切合作

例如,化学家斯蒂芬施密特现在是杜塞尔多夫海因里希海涅大学的初级教授,有助于阐明粘液的纳米结构由波茨坦研究所生物材料部门的生物化学家Matt Harrington领导的一个研究小组专注于有关化学成分和分子加工的其他问题跨学科的科学家小组对如何组成和结构特别感兴趣螺纹形成过程中分泌物的变化蛋白质和脂肪酸的混合物“我们已经知道粘液主要由大蛋白质分子和脂肪酸组成,”AlexanderBär说,在波茨坦马克斯普朗克研究所,研究人员发现蛋白质和脂质结合形成微小的小球“Velve t蠕虫分别产生蛋白质和脂肪分子以及其他成分“,Bär解释说”在腺体细胞之外,纳米球体然后独立形成以形成螺纹形成和粘合性质“这些球形成的精确度非常高,因为它们是形状均匀,直径约75纳米天鹅绒蠕虫储存液体武器,直到它需要它们然后通过肌肉收缩通过位于头部两侧的两个腺体射击它们的猎物或敌人的粘液“起初粘性一致性没有改变,“Bär说”然而,一旦猎物开始挣扎,剪切力作用于粘液破裂纳米球“波茨坦的振动光谱研究显示蛋白质和脂肪酸在这个过程中分离”而蛋白质在粘液内部形成长纤维,脂质和水分子被移到外面并形成一种鞘,“Bäre xplains研究人员还发现内部的蛋白质链具有与尼龙类似的拉伸刚度

这解释了细丝的显着性能可溶性聚合物纤维:天鹅绒蠕虫的粘液含有由脂质和蛋白质组成的纳米球剪切力导致蛋白质形成由脂肪层覆盖的纤维纤维可以再次溶解在水中以释放原始纳米颗粒,聚合物可以再次形成 ©Matthew Harrington / Nature Communications 2017聚合线再次溶于水中进一步的实验表明,聚合的粘液线可以在干燥后的几个小时内再次溶解在水中“对我们来说令人惊讶的是,蛋白质和脂质明显混合形成我们在原始粘液中已经发现了相同的纳米球,“Matt Harrington说,新形成的蛋白质 - 脂质球的大小甚至与天然分泌物相似”显然,自我组织的机制正在起作用,我们不这样做但完全明白,“哈灵顿说另一个令人吃惊的发现是,粘性线可以从回收的粘液中再次被吸出

它们的行为与剪切力的影响下新鲜分泌的天鹅绒蠕虫分泌完全相同:它们变硬了”这是一个很好的例子

完全可逆和无限可重复的再生过程,“Matt Harrington有趣地说,这完全是用bi完成的因此,天鹅绒蠕虫可以作为合成聚合物制造商的模型,可以想象他们可以合理地教他们合成材料的可持续生产Harrington同意生物化学家可以想象有一天我们将能够合成大分子用于基于可再生原料的类似方式的工业应用在蜘蛛丝的情况下,已经可以在工业上生产类似的蛋白质并将由它们生产的纤维供应给服装工业

蛋白质和脂质分子如何分离

一种溶解在水中的聚合物,如天鹅绒蠕虫的固化线,可能是不切实际的但是该原理可以在材料科学中产生新的灵感,Matt Harrington认为“目前,第一步是更好地理解机制,”生物材料专家,现在已经开始在蒙特利尔的麦吉尔大学担任教授

例如,科学家们对为什么机械剪切力首先导致蛋白质与脂质分子分离感兴趣他们还想确定控制这些蛋白质的因素

大规模均匀纳米球的可逆形成另一个未解决的问题是蛋白质单元如何结合产生刚性纤维而不形成固定化学键,Max Planck研究员Harrington出版物:Alexander Baer等人,“机械响应脂质 - 蛋白质纳米球有助于可逆纤维形成velvet worm slime,“Nature Communications 8,文章编号:974(2017 )doi:101038 / s41467-017-01142-x来源:马克斯普朗克研究所

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