NatMat：新材料含生物和非生物成分

        生物膜、貝殼、骨骼組織等天然生物系統，能根據環境信號形成多功能、多尺度的生物與非生物成分集合體，比如骨骼，就是由礦物質、活細胞及其他物質組成的矩陣。3月23日出版的《自然—材料》雜志介紹了美國麻省理工大學工程師的最新成果，他們受這些天然材料的啟發，合成出包含生物成分和非生物成分的活性生物材料。其中的活細胞能對環境起反應，產生復雜的生物分子，非生物材料能導電或發光。

　　據物理學家組織網報道，研究人員通過給細胞編程，“誘騙”細菌細胞產生生物膜，這種生物膜能和金納米粒子、量子點結合在一起。實驗所用的細菌是大腸桿菌。這種細菌能產生生物膜，生物膜中含有一種叫做“螺旋纖維”的淀粉蛋白，幫大腸桿菌附著在物體表面。每根淀粉纖維都是由相同的亞單位CsgA不斷重復構成的蛋白鏈，CsgA上還可以附加肽(蛋白質片段)，這些肽能捕捉非生物材料，如金納米粒子。

　　研究人員利用誘導基因線路和細胞通訊線路，讓細菌能在特定條件下產生不同類型的螺旋纖維，控制生物膜的性質，造出金納米線、傳導生物膜、量子點生物膜、具有量子力學性質的微晶體等。

　　他們先讓細菌細胞喪失自然產生CsgA的能力，然后用一種只能在特定條件下，比如在有AHL分子的條件下，才能產生CsgA的轉基因線路來代替，這樣調節細胞環境中的AHL數量就能控制螺旋纖維的產生。

　　然后，他們改變大腸桿菌細胞，讓它們能在有aTc分子時產生附加了肽的CsgA，這些肽構成了組氨酸。這兩種轉基因細胞能在一個群體中生長，改變AHL和 aTc數量，就能控制生物膜的組成成分。兩種分子同時存在時，生物膜中包含了加組氨酸和不加組氨酸的CsgA鏈兩種成分。如果加入金納米粒子，附加組氨酸就能“抓住”它們，形成一行行的金納米線和能導電的網絡。

　　要在螺旋纖維中添加量子點，研究人員會改變細胞，讓它們能產生附有SpyTag的螺旋纖維，而在量子點上涂一層SpyCatcher(SpyTag伴侶)，它們就會結合在一起。這些細胞還能和產生組氨酸纖維的細菌一起生長，這樣材料中就能同時含有量子點和金納米粒子。

　　研究人員指出，目前這種“活材料”只是簡單示范。它們在未來能源領域有著廣泛應用，如蓄電池、太陽能電池，還能給生物膜涂上一層酶，催化分解纖維素，把農業廢棄物轉變為生物燃料，其他潛在應用還有診療設備、組織工程支架等。