這種海鮮不僅好吃,被廚師扔掉的部分還登上了《科學》

俗稱青口、淡菜的貽貝類味道鮮美,以其為基底烹飪的菜餚廣受歡迎。而人們大快朵頤前會去掉的「足絲」,最近卻給了科學家們靈感,用於開發新型粘合劑!近日,發表在頂級學術期刊《科學》上的一篇論文指出,加拿大的研究人員通過揭示藍貽貝(Mytilus edulis)足絲生產水下粘合劑的細胞機制,促進了對金屬在生物材料中使用的理解,相關發現將對未來製造下一代金屬離子固化生物膠粘劑有所啟示。

藥明康德內容團隊編輯

這種海鮮不僅好吃,被廚師扔掉的部分還登上了《科學》

很多用於粘合的膠水在水里會失去粘性,因此製造在潮濕環境下還保留強大黏性的粘合劑一直十分具有挑戰性。

生活在海濱岩石上的藍貽貝,每日都需要抵抗無數次海浪的「攻擊」。面對洶涌的海浪和不間斷的水流沖擊,它們卻仍能牢牢粘附在光滑濕潤的岩石上,這到底是怎麼做到的呢?

這種海鮮不僅好吃,被廚師扔掉的部分還登上了《科學》

圖片來源:https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Normandy_%2710-_Saint-Vaast-la-Hougue_(4826863803)。jpg#/media/File:Normandy_『10-_Saint-Vaast-la-Hougue_(4826863803)。jpg

科學家們發現,這是因為貽貝的足部能分泌一種神奇高效的「水下膠水」。由於貽貝產生這種膠水的具體過程都發生隱藏在貽貝足絲的內部,很難觀察,一直是個謎。為了理解其中的機制,研究人員應用了先進的光譜和顯微技術,並開發了一種結合了來自生物化學、化學和材料科學的綜合實驗方法,以揭開貽貝製造粘合劑的神秘面紗。

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通過在亞細胞水平收集信息,適用於小動物成像的高分辨微型CT掃描成像(micro-CT Scan Imaging)顯示,在貽貝足絲記憶體在微米級的通道,直徑大小范圍約為人類頭發寬度的1/10到全寬。這些細小的通道像「漏斗」一樣,能將需要的物質聚集在一起,以製造出一種高度有效的水下膠水。

具體而言,貽貝體內含有濃縮流體粘附蛋白的微小囊泡(vesicles),與富含從海水中吸收的金屬離子(如鐵和釩離子)的細胞內金屬儲存顆粒(MSP),同時定時緩慢分泌,在貽貝足外側互相連接的微通道網絡內混合。

只需要2到3分鍾,金屬離子就能將流體蛋白固化為固體膠水的形式,形成3,4-二羥基苯丙氨酸(DOPA)介導的蛋白-金屬鍵,並產生末端具有多孔粘性斑塊絲(plaque filaments)的新生纖細足絲。這種蛋白-金屬鍵使貽貝的足絲末端「軟墊」具有強大的粘附力,即使在水下也能緊緊吸住石壁,而不會被海水沖走。

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研究人員指出,貽貝對釩的積累和使用特別有趣,因為目前已知只有少數生物會超積累(hyperaccumulate)釩。釩在使膠水固化方面可能具有重要作用,科學家將著重於鞏的利用,以開發性能更好的粘合劑。

該論文通訊作者、來自麥吉爾大學(McGill University)的Matthew Harrington教授總結道:「貽貝可以通過將金屬離子與流體蛋白混合在一起,在2-3分鍾內製成水下粘合劑。這是一個如何在正確的時間、正確的條件下,把正確的原料結合在一起的問題。我們對這個過程了解得越多,日後工程師就能更好地應用這些概念來製造仿生材料。」

在未來,研究小組希望進一步探索金屬離子在粘性劑形成過程中的整合機制。

參考資料:

[1] Harrington, S。 et, al。 (2021)。 Microfluidic-like fabrication of metal ion–cured bioadhesives by mussels。 Science, Vol 374, Issue 6564, DOI: 10.1126/science.abi9702。

[2] How mussels make a powerful underwater glue。 Retrieved October 11, 2021, from https://www.eurekalert.org/news-releases/930639

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來源:cnBeta