3D打印和新材料

新材料是指新近发展的或正在研发的、性能超群的一些材料,具有比传统材料更为优异的性能。应用于医疗器械中正在研发、性能超群的材料,比传统材料拥有更优异的性能。

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DNA可以用来编织衣物?

来源:医谷译 2017-06-04 15:55



DNA是生命的染色体中的重要成分,它可以判断疾病、可以破案,可以改变生物机体,还可以鉴定我们的祖先。分子生物学和生物技术的飞速发展,对个人和社会产生了颠覆革新性的影响。

那么,你听说过用DNA来编织衣物、植入到钢筋等建筑材料吗?坐落在加利福尼亚州Emeryville的Bolt Threads公司实验室里,研发人员就制造出了一种DNA工程化纺织材料,这种材料强度超过钢铁,弹性超过氨纶,比丝绸更加柔软。

据了解,开发这种织物的研究人员Dan Widmaier, David Breslauer 和Ethan Mirsky曾在加州大学旧金山分校攻读生物化学和工程博士学位,当时他们对使用结网蜘蛛的蛋白纤维(即所谓的蜘蛛丝)制造人造丝的想法产生了浓厚的兴趣。从2009年开始,他们开始研究不用蜘蛛就能够制造这种蛋白纤维的技术。

2009年,他们三人创办了Bolt Threads公司,并推出了一种受专利保护的生物工程技术编织的产品,去年,该公司还宣布完成了5000万美元的C轮融资,由Formation8领投,港资背景的南丰集团和Innovation Endeavors跟投。

DNA人造材料如何横空出世?

众所周知,DNA(英文Deoxyribonucleic acid的缩写),又称脱氧核糖核酸,是以四个核苷酸分子(鸟嘌呤(Guanine)、胸腺嘧啶(Thymine)、腺嘌呤(Adenine)、胞嘧啶(Cytosine) )为一个序列构成的反式双螺旋结构。

软件编程相似之处,DNA通过一定的技术手段也可以做到编辑和修改。目前,生物前沿很火的CRISPR就是一种通过剪切DNA序列进行基因编辑改造人体某些特定不良遗传基因的技术,最终达到治疗疾病和改善身体健康的目的。

Bolt Threads公司生产的DNA织物的主要成分包括糖、酵母和蜘蛛的DNA等。他们从玉米糖浆中生产的纤维,放入含有酵母的发酵罐中,并与一种称为“80kDa”的蜘蛛可牵引的蛋白结合在一起,这些成分能够生成一种液体丝蛋白,一旦凝聚并纯化成粉末,并通过一项名为“湿纺”的工艺,这种液体就可以转变成纤维,编制成领带等。其制造方法类似于腈纶和人造棉。

从科学的角度解释,Bolt公司实际上是解析了蜘蛛的DNA,用其他方式复制那些基因序列,用人工方式重现蜘蛛的产丝过程。而这种“蜘蛛DNA织物”与传统丝绸相比,“蜘蛛丝绸”的制作过程要简单许多:不需要大量的蚕、桑叶,并且避免了气候变化带来的影响。而与人造纤维面料相比,“蜘蛛丝”更加柔软耐用。另外,从工业排污角度来说,这种可降解的材料要比从化工材料中诞生的腈纶、氨纶等更加绿色环保。

Bolt公司CEO Dan Widmaier说:“现如今,材料已经迈入更新换代的新时代。今天的大多数纺织品以基于石油的化纤制成,处理时对环境有害。相反,Bolt公司生产的织物具有生物可降解性。新材料将会给世界变美好带来巨大的潜力。”

据悉,Bolt Threads 与美国奢侈户外品牌Patagonia签署协议,为其提供面料,并共同开发设计新产品。今年3月,由Bolt Threads公司生产的新一代“仿生蜘蛛丝”人造领带问世,据CO.DESIGN报道,该公司只生产50条领带,并且每条领带价格高达314美元。

DNA成分的其他应用

在德国,一家名AMSilK的生物技术公司,同样也是Bolt的竞争对手,正在开发一种基于蜘蛛的纤维,名叫 biosteel,用于生产高性能可生物降解的鞋子。在 Brooklyn,Modern Meadow公司借助投资者的5,300万美元资金,生产用“工程化细胞”而不是动物皮制成的“皮革”。

另据悉,Pratt Institute实验结构中心的共同创始人Lalvani将“DNA”植入到钢材中,这种“生物钢”是跨学科的产物,它结合了生物学、数学、计算机科学和最引人注目的艺术。

去年,微软也希望借力生物科技行业的研究成果,利用DNA变成数据存储的“U盘”,这种将0和1数据转换为4种核苷酸的成果,可实现更大容量更小体积的存储。

未来前景

仿生学是一门既古老又年轻的学科。人们研究生物体的结构与功能工作的原理,并根据这些原理发明出新的设备、工具和科技,创造出适用于生产,学习和生活的先进技术。如蜻蜓与飞机、鱼与潜水艇。近年来,人类透过生命体的DNA来仿造生命的某些结构,实现具有某些特定功能的材料,该领域的应用和研究得到广泛的关注,并将成为未来发展的重要研究方向。

为推动这一领域而大声疾呼的OS Fund合伙人布莱恩·约翰逊(Bryan Johnson)说:“我们正在解码生物学。生命本身正变得可编程。”像约翰逊这样的持有相信态度的人喜欢大胆预言。他们宣称,我们终有一天能够利用DNA、能源和阳光培养组织、汽车和住宅,可能会用脑细胞来组装计算机。

生物合成学技术让科学家能够运用活着的有机体的遗传机理生产各种产品,从食物甜味剂、“皮革”,再到像钢材一样的合成物。

Bolt Threads公司的领投方Formation8合伙人Jim Kim表示,投资人过多地将眼光聚集在互联网领域,想要投出下一个Uber,但许多人不清楚科技在纺织领域的应用。Bolt Threads瞄准的是一个万亿级别的市场。投资方期望 Bolt Threads的仿生丝绸可以在2018年之前完成主流纺织品行业布局。(生物谷Bioon.com)

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