【廣州日報】深圳科學家設計出快速自愈的活體材料
活體材料，一個聽起來就讓人有無限遐想的名詞，如果再加上一個定語“快速自愈”呢？這對當下的人來說就更像是一種魔法了。正如偉大的科幻小說家亞瑟·克拉克（《2001太空漫游》作者）所說，“任何足夠先進的科技，都與魔法無異。”如今，這種聽起來“與魔法無異”的科技，正在被深圳科學家攻克。
北京時間2021年12月22日， 中國科學院深圳先進技術研究院合成所、深圳合成院戴卓君課題組與集成所劉志遠課題組合作的最新研究成果發表于Nature Chemical biology。研究團隊針對活體功能材料這一領域，提出了一種全新的可快速修復的活體材料構建思路，并進一步將這種思路轉化成一種普適的活體材料組合方法，將其推廣應用于智能制造及可穿戴設備的組裝等全新的應用領域。
未來這種材料可以應用在軍事、科技等諸多領域，毫無疑問，這是合成生物學領域融合生物技術（BT）與信息技術（IT）的一次新嘗試。
自修復材料一直引起人類無限想象
自修復材料并非是近些年來才提出的概念。美國某服飾品牌此前就推出過能自動修復的衣服材料，其原理非常簡單，只是通過提高線的強度，使鐵釘插入后不能將線割斷而只是把線撥開。然而這樣的材料其局限性很大，面對如銳器等造成的割裂，其修復功能便不再能發揮作用。
此后，科學家將目光投向紡織品的涂層材料上。魷魚的環齒蛋白（SRT）蛋白具有“自愈”性能，在帶有SRT蛋白涂層的紡織品上滴幾滴溫水，再把斷面重疊在一起按壓60秒左右，斷面就會重新連接起來。
然而，這樣的自修復材料與我們想象中的自修復材料還有很大差距，簡單來說，這樣的修復方式無法使斷裂面通過自修復彌合，另一方面，提純后的蛋白材料也不再具有活細胞可編程的特性。
生物活體材料實現強大的自修復能力
合成生物學的快速發展使得利用智能生物活體材料實現自修復過程成為可能。
研究團隊發現，抗原和抗體分子在結構上有一定的互補性（依靠分子間作用力形成非共價結合），使得它們在極短的時間內就可以發生特異的相互作用而穩定的結合起來。這種結合力在外力破壞后可以迅速還原，即實現快速修復。基于這一原理，團隊分別構建了表面展示有抗原和納米抗體的兩種工程菌株，之后，再以一定比例將兩種菌株混合，通過抗原-抗體間的快速相互作用，制備出了穩定的具有高效自修復能力的LAMBA前體材料。
“可編程”活體材料讓設備更智能
合格的自修復材料還應該是智能的，生物活體材料最大的優勢之一就在于微生物強大的可編程能力。LAMBA材料具備的超強自修復能力以及智能編程能力。這也啟發研究團隊進一步探究其在可穿戴設備和生物傳感器上的應用。
人體的神經肌肉活動均伴隨著電生理信號的產生，電生理傳感器可用于不同頻率神經肌肉電生理信號的捕捉。實驗結果顯示，柔性LAMBA電生理傳感器可以準確捕捉到肌肉電信號，并且相比于相同方法制備的單菌或金薄膜傳感器顯示了更好的信噪比。
BT與IT在合成生物學里“碰撞”出無限可能
“LAMBA材料在軍事領域的應用令人興奮，試想一下，未來如果將LAMBA材料用在特種軍服或軍用可穿戴設備上，那么，單兵作戰的能力將會得到大幅增強。另外，生物活體材料強大的可編程能力，使得賦予戰衣更多樣的功能成為可能，這將使士兵能夠更加從容的應對戰場上各種復雜的環境與地形。”通訊作者劉志遠在談及應用場景時表示。
“我們希望通過該研究建立一種活體材料組裝的新方法，在活體生物可編程的基礎上，通過引入高分子物理及化學合成中的理論賦予微生物新的特性，使組裝的材料具有快速自愈合的特性，并初步嘗試了IT與BT的融合，我們也在推進其他相關的各項有趣研究，期待并相信合成生物可以帶來無限可能。”通訊作者戴卓君表示。
中國科學院院士，上海交通大學教授樊春海表示，這個工作在活體材料的設計與編輯中跨出了一大步。中國科學院院士，中國科學院深圳先進技術研究院合成生物學研究所首席科學家趙國屏表示該成果聚焦在活體功能材料領域，挑戰了活體材料分鐘內自愈這個單純依靠細胞分裂無法實現的難題。
