聊一聊最近風(fēng)很大的黑寡婦蜘蛛仿生絲

 最近在市場上關(guān)注到了一個(gè)很火也很有意思的新技術(shù)，號稱超越尼龍的第二代革命性新材料，名為黑寡婦蜘蛛仿生絲。乍一聽有點(diǎn)蜘蛛俠科幻片的意思，本著格物致知的鉆研精神便花了些功夫來做了些樸素的研究與驗(yàn)證。老實(shí)說，一開始以為也就是個(gè)炒作的噱頭，研究完后我自己是震驚了，這里面真的蘊(yùn)藏著萬億級的市場，在生物醫(yī)藥和軍工上的應(yīng)用更是顛覆性的，而且不吹不擂國內(nèi)在這一塊已經(jīng)跑在了老外前面。

　　一開始是看到嘉欣絲綢子公司超絲科技在黑寡婦家蠶超級仿生絲的研發(fā)上有了突破，公告稱他們研發(fā)的家蠶絲的強(qiáng)度已經(jīng)比普通蠶絲強(qiáng)了3.86倍。目前浙大教授鐘伯雄，同時(shí)也是超絲科技大股東，還在積極研發(fā)6倍強(qiáng)度的仿生絲。這個(gè)3.86倍強(qiáng)度是什么概念呢，就是已經(jīng)可以應(yīng)用在軍工領(lǐng)域中的支撐性軍服，也就是說如果士兵負(fù)傷、骨折，該軍服的強(qiáng)度足以為士兵的身體和關(guān)節(jié)做支撐，同時(shí)它極其帖膚且重量極輕。同時(shí)，在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，該強(qiáng)度仿生絲已經(jīng)可以用做心臟瓣膜材料。

　　說實(shí)話，一般講的太天花亂墜的東西我都是保持質(zhì)疑的，必須得自己驗(yàn)證過才能相信一二。鄙人不才，在軍工領(lǐng)域沒什么資源，驗(yàn)證起來略有難度。但好在上海有些院長級別的朋友，于是就去打聽打聽了這個(gè)仿生絲在生物醫(yī)學(xué)方面這個(gè)應(yīng)用到底靠不靠譜?？赡芤彩翘煲?，這一打聽，居然打聽出來了就是這個(gè)超絲科技的黑蜘蛛仿生絲已經(jīng)在上海某醫(yī)院開始做心臟瓣膜材料試驗(yàn)了，并且效果反饋非常好。具體哪家醫(yī)院就不透露了，因?yàn)閾?jù)說都是不讓公開的，應(yīng)該是為了保護(hù)技術(shù)專利。有上海醫(yī)院渠道資源的小伙伴也可以去打聽驗(yàn)證一下。

　　話說回來，這個(gè)黑寡婦家蠶超級仿生絲一旦達(dá)到6倍強(qiáng)度，則具備了防彈功能，同時(shí)在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用將更加廣泛，例如組織支架、人工腎、人工食管等。作為一個(gè)顛覆性的新材料，仿生絲還具備替代碳纖維的潛力，且更輕、更強(qiáng)、成本更低。

　　其實(shí)作為一種介質(zhì)材料，蠶絲就像一個(gè)“百變金剛”，我們有時(shí)需要用到它的“硬度”，有時(shí)需要用到它的“柔韌性”，因具備優(yōu)異的組織相容性。在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，我們是希望材料既保留金屬的足夠支撐力，又能夠?qū)崿F(xiàn)可控降解，長期或短期內(nèi)在人體內(nèi)留存且不會產(chǎn)生排異反應(yīng)，降解后的產(chǎn)物亦可被人體安全吸收。黑寡婦蜘蛛絲就完美解決了這一問題。下圖是蠶絲(絲素)蛋白微納米纖維多孔支架 。

　　過去，蠶絲蛋白主要用于臨床級的組織創(chuàng)面修復(fù)，而以蠶絲蛋白制作高端醫(yī)療器械產(chǎn)品，尤其是以高強(qiáng)度的黑寡婦仿生絲的絲素蛋白作為醫(yī)療器械產(chǎn)品，目前國內(nèi)還尚處于試驗(yàn)階段(技術(shù)已領(lǐng)先全球)，其本身的成本遠(yuǎn)低于現(xiàn)在所用的傳統(tǒng)材料，我國是全球第一產(chǎn)絲大國，蠶絲來源豐富。據(jù)嘉欣絲綢的官方回復(fù)，具有黑寡婦蜘蛛基因的家蠶在大規(guī)模養(yǎng)殖和生產(chǎn)上不具備難度，仿生絲成本也與普通白廠絲相近。

　　之前在腦外科手術(shù)中，顱骨固定裝置(骨釘、連接片)需要硬度較高的材料，這一材料會在病人骨頭自我修復(fù)過程中(6~12個(gè)月)逐漸降解，在骨骼完全康復(fù)的時(shí)間點(diǎn)前實(shí)現(xiàn)完全降解。而腦外科手術(shù)中的人工腦膜則需要一種很軟且永遠(yuǎn)不會降解的材料，終身伴隨人體，不會產(chǎn)生任何排斥反應(yīng)。針對以上特定需求，中科院上海微系統(tǒng)所于2017年成功研制出蠶絲蛋白骨釘，并在此基礎(chǔ)上繼續(xù)研發(fā)各類人體植入或?qū)崿F(xiàn)替代的組織器官。

　　可能很多人不知道，蠶絲中的絲素蛋白在醫(yī)療(研究)領(lǐng)域已經(jīng)得到了至少三個(gè)維度的應(yīng)用。

　　在一維應(yīng)用中，絲素蛋白(及其改性材料，下同)作為一種線性材料，在手術(shù)縫合線、人工韌帶、人工肌腱等方面的應(yīng)用和探索中取得了不小的成果。

　　在二維領(lǐng)域中，絲素蛋白依托“靜電紡絲技術(shù)”，可被做成一種片狀材料，目前已經(jīng)在傷口敷料、疝氣修補(bǔ)片、皮膚再生、心臟瓣膜片等方面貢獻(xiàn)了價(jià)值。

　　與純絲素蛋白膜相比，SF/PCL復(fù)合纖維膜的斷裂伸長率提高了3~5倍,浸潤性隨絲素蛋白含量的增加而增加。同時(shí)，SF/PCL 膜還顯著增強(qiáng)了前成骨細(xì)胞 MC3T3-E1 的細(xì)胞活力和成骨分化能力。

　　當(dāng)進(jìn)入具有三維構(gòu)型的更復(fù)雜的生物體中，細(xì)胞與細(xì)胞、細(xì)胞與基質(zhì)間的相互作用關(guān)系也都是三維的。近年來興起的再生醫(yī)學(xué)技術(shù)的研究核心是構(gòu)建細(xì)胞與細(xì)胞支架結(jié)合的三維復(fù)合體。究者已嘗試構(gòu)建的三維絲素蛋白基紡織材料應(yīng)用于人工血管、研骨修復(fù)、人工腎和人工食管等多種組織修復(fù)研究中。

　　黑蜘蛛仿生絲最直接的應(yīng)用在軍工和生物醫(yī)療，同時(shí)蠶絲蛋白溶液還可通過一系列生物制造技術(shù)成硬盤、傳感器、光學(xué)器件等。2020年，可同時(shí)存儲數(shù)字信息、生物信息的新一代蠶絲蛋白存儲技術(shù)驚艷問世。蠶絲蛋白硬盤不但能儲存數(shù)字信息，還能儲存生物信息，包括血液、DNA等人體差異化生物信息。由于蠶絲蛋白沒有電學(xué)介質(zhì)，在強(qiáng)磁場、強(qiáng)輻射與極端條件(高溫、低溫、高濕度)下可以正常工作，具有綜合性的應(yīng)用優(yōu)勢，通過這種技術(shù)可以應(yīng)用的場景包含多種。

　　從對超絲科技的興趣開始研究，過程中還發(fā)現(xiàn)了另一家公司-浙江絲路傳人生物科技。在國內(nèi)絲素蛋白醫(yī)療材料的研究探索中，絲路傳人生物科技成立于2010年，10年前已經(jīng)布局，在蠶絲蛋白上創(chuàng)新研發(fā)產(chǎn)業(yè)級原料，聯(lián)合包括美國、韓國、日本等國在內(nèi)的尖端科研力量，共同推動原料的產(chǎn)研結(jié)合發(fā)展。以下為超絲科技研發(fā)方向：

　　更有意思的是，嘉欣絲綢第二大股東浙江凱喜雅投資有限公司的母公司浙江凱喜雅國際股份有限公司同時(shí)100%控股浙江絲路傳人生物科技。也就是說嘉欣絲綢與絲路傳人生物科技為同一實(shí)控人下屬資產(chǎn)。這兩家公司未來一定能在黑寡婦仿生絲的研發(fā)和生產(chǎn)上依托嘉欣絲綢這個(gè)產(chǎn)業(yè)化平臺產(chǎn)生協(xié)同，擦出火花。

　　字碼著碼著發(fā)現(xiàn)嘉欣絲綢這個(gè)黑蜘蛛仿生絲今天在一年一度的中國絲綢大會上受到了中國絲綢協(xié)會極大肯定。嘉欣絲綢利用家蠶和黑寡婦蜘蛛的基因組合改良，成功研制出可廣泛應(yīng)用于軍工、生物醫(yī)學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域的超級仿生絲，已然不是噱頭而是客觀事實(shí)。

　　參考文獻(xiàn)：

　　1 Vepari C. Kaplan D LProgrew in Polymer Seiene 2007,32(8-9),991.

　　2 Kah L. Cheng Y, Teng C. et al. Progross in Polymner Seienee,2015,46,86.

　　3 XuZ P Shi L Y,Zhu L J,et al. Matenaly Sience & Engunverong C，2019、95、302

　　4 Zhi Y. Jiang J. Zhang P, et al. Artificial Organs、2018,43(6) . 1.

　　5 Cheng G, Chen J J, Wang Q, et al. Nana Research，2018，1L(7).3658

　　6 Enomoto S. Sumu M. Kajimoto K, et al. Journol of Vascular Surgery,2010,51,155

　　7 Zhang WJ. Liu W.Cao Y L.et al. Journad of Cellulur and Molecular Medlicae,2007 11(5).945.

　　8 Cheng G.Daaout Z, Deng H B.ct al. ACS Bomaterials-Sicence&Engineering，2018 4，2704

　　9 Sultan M T. Moon B M, Par C H, et al. Malring C.2019,97,55.

　　10 Alganahi K, Frnck D, Mauney J R, et al. Biometerinls，2015，53,149.

　　11 Liu H F, Ding X L. Fan Y B,et al. Macromolecu Biascience，2013.13，755.

　　12 Yin A L, LiJK.LiDW, ctal. Golloids and Swrfooes B: Biointerfaces，2014,120，47.

　　13 Silktech 知乎

　　14 高分子科學(xué)前沿

　　15 新民晚報(bào)