黏滑的捕猎武器:看起来像短腿毛毛虫的天鹅绒蠕虫，能够凭借其产生的线性聚合分泌物来捕获努力挣扎的猎物。

 

　　大自然是好的老师，甚至可以称它为材料科学家。包括马克斯?普朗克胶体接口研究所的科学家在内的研究人员，现在已经观察到了一种形成高分子材料的非常特别的机理。为了捕捉猎物，天鹅绒蠕虫射出粘稠的分泌物，并使其在力的作用下变硬成丝。这些硬丝的特别之处在于它们可以被溶解，然后再次成型。可以从先前液体分泌物中提取到可逆聚合物纤维，这一现象令研究人员感到非常有兴趣。有可能有一天可以根据天鹅绒蠕虫的原理合成新的可回收材料。一些动物就创造引起了令人惊异的材料。例如，蜘蛛丝比钢更强。贻贝分泌的足丝可以使它们紧紧粘附于水下的石头。由天鹅绒蠕虫分泌的物质也不逊色。这些小蠕虫状动物看起来像蚯蚓和毛毛虫之间的十字交叉动物，可以喷出一种粘稠的液体，以防止敌人或捕获诸如木虱，蟋蟀和蜘蛛等致命猎物：一旦他们试图摆脱捕食，他们的挣扎就会导致丝线变硬，从而丧失逃脱可能。

 

　　正在天鹅绒专家乔治?迈耶（Georg Mayer）手下学习的卡赛尔大学博士生亚历山大?贝尔（AlexanderB?r）解释说：“猎物挣扎时所产生的剪切力使粘液变硬。”为了调查澳大利亚天鹅绒蠕虫物种的粘液，生物学家与波茨坦马克斯?普朗克胶体接口研究所的研究人员展开了密切合作。例如，现在是杜塞尔多夫海因里希?海涅大学初级教授的化学家斯蒂芬?施密特（Stephan Schmidt）就帮助解释了粘土的纳米结构。波茨坦研究所生物材料部门研究小组得生物化学家马特?哈灵顿（Matt Harrington）侧重于有关化学成分和分子加工的一些问题。科学家的跨学科小组对线状分泌物形成过程中的组成和结构变化十分感兴趣。

 

　　蛋白质和脂肪酸的混合物

 

　　在波茨坦的马克斯普朗克研究所，研究人员发现蛋白质和脂质能够结合形成微球。AlexanderB?r解释说：“我们已经知道粘土的主要组成物是大蛋白质分子和脂肪酸。天鹅绒蠕虫分别产生蛋白质和脂肪分子以及其他成分。纳米微球在腺细胞以外独立地形成，继而以产生线性黏性物质。”小球形成过程十分精密，因为它们形状均匀，且直径总是约75纳米。

 

　　天鹅绒蠕虫会一直储存这种液体武器直到需要。然后他们通过肌肉收缩来控制头部两侧的两个喷嘴，向他们的猎物或敌人喷出粘液。B?r说：“起初，黏液的稠度并没有改变。然而，一旦猎物开始挣扎，剪切力就会作用于粘液上，从而使纳米微管破裂。”波茨坦的振动光谱研究表明，蛋白质和脂肪酸会在此过程中分离。B?r解释说：“尽管蛋白质在粘液的内部形成了长纤维，但脂质和水分子却被转移到外面形成了一种保护套。”研究人员还发现，体内的蛋白质具有种与尼龙相似的抗拉强度。这就解释了纤维丝为何具有非凡性能。

 

　　可溶性聚合物纤维：天鹅绒蠕虫的粘液含有由脂质和蛋白质组成的纳米球。蛋白质通过剪切力形成被脂肪层覆盖的纤维。纤维可以再次溶解在水中以释放原来的纳米颗粒，从而再次形成聚合物。

 

　　线性聚合物再次溶于水

 

　　进一步的实验表明，线性聚合物黏液在干燥数小时后仍能再次溶于水。新形成的蛋白质 - 脂质球体的大小也与天然分泌物相似。Matt Harrington说：“令我们惊奇的是，蛋白质和脂质显着混合，形成了我们原先在原始粘土中发现的相同的纳米球。而显然，一个自组织的机制在这当中起到了一定作用，但我们还没有完全理解。”

 

　　另一个惊人的发现是，还可以从恢复的泥土中再次提取线性黏液。它们在剪切力作用下的表现如同天鹅绒 - 蠕虫新鲜的分泌物一样：硬化。Matt Harrington说：“这是一个完全可逆且可无限重复的再生过程的很好范例。”有趣的是，这一切都是生物分子在正常环境温度完成的。因此，天鹅绒蠕虫可以作为合成聚合物制造商的模型，并且他们可以以此想象学习如何做到合成材料的可持续生产。

 

　　Harrington认同此观点。生物化学家可以大胆想象，有一天我们将能够以类似的方式利用可再生原料合成工业应用的大分子。比如通过借鉴蜘蛛丝，我们已经能在工业上生产类似的蛋白质，并且将把这类纤维供应给服装行业。

 

　　如何分离蛋白质和脂质分子？

 

　　制备像丝绒蠕虫这种能够变硬且还能溶于水的线性聚合物黏液，可能是不切实际的。但是Matt Harrington认为，这种原理可以在令材料科学产生新的发现创新。在蒙特利尔麦吉尔大学担任教授的生物材料专家认为现在先要做的就是了解其机制，并且现在已经开始研究。例如，科学家们就对为什么机械剪切力先使蛋白质与脂质分子分离的问题很感兴趣。他们还想确定控制可以可逆形成统一大小的纳米管的因素。马克斯?普朗克研究员Harrington说，另一个未解答的问题是蛋白质单元是如何形成刚性纤维而不形成固定的化学键。

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