科学家开发出可媲美生物软组织的人工材料

用DNA链和碳纳米管构建坚固网络 科学家开发出可媲美生物软组织的人工材料

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据《每日科学》网站5月16日报道,一个来自澳大利亚和韩国的研究小组最近开发出一种多孔新型海绵状材料,其力学特性与生物软组织非常相似,且包含一个由DNA链和碳纳米管组成的坚固网络。

对于现代植入术及人工组织和器官的生长来说,生产出与自然特性密切相仿的材料是很重要的。但是,人体内的组织具有各种性状,这些性状在合成材料中很难再现,因为人体组织既柔软又十分坚韧。

软组织,如肌腱、肌肉、血管、皮肤或其他器官,可从细胞外基质获得其力学支持,细胞外基质是一个基于蛋白质的纳米纤维网络。细胞外基质中的不同蛋白质形态生产出带有不同刚度的组织。组织生长用的植入物和棚架需要多孔的软质材料,这些材料通常是非常脆弱的。由于许多生物组织经常受到强烈的力学负荷,因此为了避免炎症,植入材料拥有类似的弹性也很重要。同时,该材料必须非常牢固和有弹性,否则它可能会断裂。

此次开发的这项新技术使用DNA链作为基质,这些DNA链将棚架状碳纳米管完全包裹住,并形成了一个胶体。这种胶体在注入特殊容器时可拉成非常细的线,进而编织成纤维。干燥后的这种纤维具有多孔海绵状结构,并包含一个50纳米宽的纳米纤维交织而成的网络。将这些纤维浸泡在氯化钙溶液中可使DNA发生进一步交联,并导致纤维变得更为密集,连接更为牢固。

这些多孔纤维与生物细胞外基质的胶原纤维网络相类似。它们可打结、编织或纺入像纺织品一样的结构中。由此,这些材料可像最柔软的天然组织一样具有弹性,同时也可从牢固的DNA链获得巨大的强度。

新材料的另一优点是其导电性能,它可用作机械传动装置、能源存储器和传感器的电极。研究人员已生产出一个过氧化氢传感器,碳纳米管可通过催化过氧化氢的氧化以产生一个可测的电流。过氧化氢在正常心脏功能和某些心脏疾病中扮演着重要角色,一个弹性类似于心脏肌肉的传感器则会对研究这些关系起到很大的帮助作用。

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