CRISPR制造出了造出不受科学限制的蛛丝

　　

科学家通过转基因CRISPR技术培育出了首条全长的蜘蛛丝。这一成就消除了生产具有高抗拉强度的轻质材料的障碍。它有可能取代蜘蛛丝取代尼龙等商业合成纤维，以对环境负责和可持续的方式促进生态文明的发展。

该研究论文于2023年9月20日发表在细胞出版社的《Matter》杂志上。

在不影响生产力的前提下建设生态文明，需要发展绿色、环保、可持续的超高强度韧性材料。尽管近年来高分子纤维科学技术取得了显著的进步，但仍然需要真正的高强度和超韧的高级纤维。

不幸的是，这两种性能之间的折衷存在于商业合成纤维中，因为目前的理论表明，工程材料的韧性和拉伸强度的性能是相互排斥的。例如，在众所周知的聚酰胺纤维凯夫拉和尼龙之间可以看到一种权衡，后者具有更好的拉伸强度，但前者具有更高的韧性。因此，开发满足日益增长的工业对高强度和超韧性需求的超级材料，取决于解决纤维韧性和强度相结合的根本科学问题。

这些要求由一种被称为蜘蛛丝的可持续物质来满足。然而，由于缺乏对其纺丝机理的科学理解，工艺中的技术复杂性以及实现低成本大规模生产的工程困难，这种材料的商业化受到阻碍。来自中国重庆西南大学和上海东华大学的研究人员创建了一个理论框架，阐明了影响纤维强度和韧性的基本因素。他们的灵感来自于凯夫拉和尼龙这两种聚酰胺纤维不同的机械特性。

利用同源建模技术，研究人员制作并提出了一种新的丝的最小结构模型。蜘蛛丝和蚕丝都是聚酰胺纤维，它们之间的力学性能差异可以用这个模型来预测和解释。第一作者米俊鹏及其同事随后利用CRISPR-Cas9介导的蚕丝纺丝成功地生产出全长蜘蛛丝纤维。通过应用这些理论，他们能够成功地利用转基因蚕制造出第一个“本地化”的全长蜘蛛丝纤维。该纤维具有非凡的韧性(319 MJ/m3)和高抗拉强度(1,299 MPa)，超过大多数天然和合成纤维的韧性，是尼龙的四倍以上。这一成就支持了他们的理论，即有可能生产出特别坚固和有弹性的蜘蛛丝纤维。

这一创新消除了科学、技术和工程方面的障碍，为蜘蛛丝作为合成纤维的可持续替代品销售打开了大门。这一发现为创造超级材料提供了重要的新信息，比如太空电梯所需的材料。太空电梯被设想为一种运输工具，可以通过一根坚固的细电缆或绳索将人、卫星和空间站运送到地球大气层以上，这些电缆或绳索固定在地球上，并延伸到地球的引力之外。

High-strength and ultra-tough whole spider silk fibers spun from transgenic silkworms