纤细的狩猎武器：天鹅绒蠕虫，看起来像腿短腿的毛虫，用分泌物捕获猎物，以形成聚合物螺纹，因为猎物挣扎自由。© 2017年亚历山大Bär/自然通信
科学家们现在已经观察到聚合物材料的显着机制。在剪切力的影响下，来自天鹅绒蠕虫的分泌的纳米颗粒形成可在水中再循环的聚合物纤维。
自然是一位优秀的老师 - 甚至对于材料科学家来说。研究人员，包括Max Planck胶体和界面的科学家，现在已经观察到了一种显着的机制，形成了聚合物材料。为了捕获猎物，天鹅绒蠕虫射出粘性的分泌物，使力在力的作用下变成强线。关于这些线程的非凡的事情是它们可以解散然后再改革。可逆聚合物纤维可以从先前的液体分泌中汲取的事实是研究人员的非常有趣的概念。有一天，可以基于天鹅绒蠕虫的原理来合成新型可回收材料的一天。
有些动物产生惊人的材料。例如，蜘蛛丝比钢更强。贻贝分泌了Byssus螺纹，他们用来紧紧地贴在水下的石头上。天鹅绒蠕虫分泌的材料并不令人印象深刻。这些小蠕虫样动物，它看起来像蚯蚓和毛虫之间的交叉，喷洒粘稠的液体以避开敌人或捕获猎物，以啄木鸟，蟋蟀和蜘蛛等猎物特别致命：一旦他们试图从粘性的线程中掀起蠕动，他们的斗争就会导致螺纹硬化，没有逃脱的希望。
“由猎物斗争产生的剪切力导致粘液陷入僵裂，”卡司大学博士生博士生解释说，在天鹅绒 - 沃尔斯特专家Georg Mayer下学习。为了调查澳大利亚天鹅绒虫种的粘液，该生物学家与来自马萨诸塞州Max Planck胶体研究所的研究人员密切合作。例如，Chemist Stephan Schmidt，现在是杜塞尔多夫海因里希大学的一位初级教授，帮助阐明了羊毛泥的纳米结构。由Biochemist Matt Harrington在波茨坦研究所生物材料部门领导的研究小组，专注于有关化学成分和分子处理的其他问题。对科学家的跨学科群体特别感兴趣地对螺纹形成期间分泌物的组成和结构如何变化。
蛋白质和脂肪酸的粘性混合物
“我们已经知道粘液主要由大蛋白质分子和脂肪酸组成，”亚历山大Bär说。在波茨坦的Max Planck Institute，研究人员发现蛋白质和脂质结合形成微小球。“天鹅绒蠕虫分别产生蛋白质和脂肪分子以及其他成分”，Bär解释说。“在腺体外细胞外，然后独立地形成纳米叶片以产生螺纹形成和粘合性。”球状形成为具有显着的精度，因为它们的形状均匀，并且始终直径约为75纳米。
天鹅绒蠕虫储存液体武器，直到需要它。然后，他们通过肌肉收缩通过位于头部两侧的两个腺体射击羊肉或敌人。“起初粘稠的一致性不会改变，”Bär说。“然而，一旦猎物开始挣扎，剪切力就会在粘液上行动，以破裂纳米球。”波茨坦的振动光谱研究表明，在该过程中分离蛋白质和脂肪酸。“蛋蛋白质在粘液的内部形成长纤维，脂质和水分子被移位到外部并形成一种护套，”Bär解释。研究人员还发现，内部的蛋白质股线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叶。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，从中可以再次形成。© Matthew Harrington / Nature Communications 2017
聚合线再次溶于水中
进一步的实验表明，聚合的粘液螺纹可以在干燥的几小时内再次溶解在水中。“对我们来说，令人惊讶的是，蛋白质和脂质明显地混合了我们在原始粘液中已经发现的相同纳米球蛋间，”Matt Harrington说。新形成的蛋白质 - 脂质小球的大小与自然分泌物中的甚至相似。“显然，自我组织机制在工作中，我们尚未完全理解，”哈林顿说。
另一个令人惊叹的发现是可以从恢复的粘液中再次绘制粘性线程。它们的表现得完全像剪切力的影响下的新分泌的天鹅绒 - 蠕虫分泌：它们变硬了。“这是一个完全可逆和无限期可重复的再生过程的一个很好的例子，”Matt Harrington说。有趣的是，这一切都是用生物分子和正常环境温度完成的。因此，天鹅绒蠕虫可以作为合成聚合物制造商的模型，并且可以想到的是对合成材料的可持续生产的许多人来说可以想到。
哈灵顿同意。生物化学师们可以妥善想象一天，我们将能够以类似的方式以可再生原料的类似方式合成工业应用的大分子。在蜘蛛丝的情况下，它已经可以在工业上生产类似的蛋白质，并将其供应由它们产生的纤维提供给服装行业。
蛋白质和脂质分子如何分离？
溶解在水中的聚合物，如天鹅绒蠕虫的固化螺纹，可能是不切实际的。但原则可以在Materical Science中产生新的启示，Matt Harrington认为。“目前，第一步是更好地了解机制，”现在在蒙特利尔麦吉尔大学开始教授的生物材料专家说。例如，科学家们对为什么机械剪切力引起蛋白质首先与脂质分子分离。他们还希望确定控制均匀尺寸的纳米球板可逆形成的因素。Max Planck研究员Harrington表示，另一个未答复的问题是蛋白质单位在不形成固定化学键的情况下产生刚性纤维。
出版物：Alexander Baer等，“力量脂质 - 蛋白纳米球蛋白在天鹅绒蠕虫粘液中促进可逆纤维形成，”自然通信8，物品编号：974（2017）DOI：10.1038 / s41467-017-01142-x
