【广州日报】深圳科学家设计出快速自愈的活体材料

　　北京时间2021年12月22日， 中国科学院深圳先进技术研究院合成所、深圳合成院戴卓君课题组与集成所刘志远课题组合作的最新研究成果发表于Nature Chemical biology。研究团队针对活体功能材料这一领域，提出了一种全新的可快速修复的活体材料构建思路，并进一步将这种思路转化成一种普适的活体材料组合方法，将其推广应用于智能制造及可穿戴设备的组装等全新的应用领域。

　　未来这种材料可以应用在军事、科技等诸多领域，毫无疑问，这是合成生物学领域融合生物技术（BT）与信息技术（IT）的一次新尝试。

　　自修复材料一直引起人类无限想象 

　　自修复材料并非是近些年来才提出的概念。美国某服饰品牌此前就推出过能自动修复的衣服材料，其原理非常简单，只是通过提高线的强度，使铁钉插入后不能将线割断而只是把线拨开。然而这样的材料其局限性很大，面对如锐器等造成的割裂，其修复功能便不再能发挥作用。

　　此后，科学家将目光投向纺织品的涂层材料上。鱿鱼的环齿蛋白（SRT）蛋白具有“自愈”性能，在带有SRT蛋白涂层的纺织品上滴几滴温水，再把断面重叠在一起按压60秒左右，断面就会重新连接起来。

　　然而，这样的自修复材料与我们想象中的自修复材料还有很大差距，简单来说，这样的修复方式无法使断裂面通过自修复弥合，另一方面，提纯后的蛋白材料也不再具有活细胞可编程的特性。

　　生物活体材料实现强大的自修复能力 

　　合成生物学的快速发展使得利用智能生物活体材料实现自修复过程成为可能。

　　研究团队发现，抗原和抗体分子在结构上有一定的互补性（依靠分子间作用力形成非共价结合），使得它们在极短的时间内就可以发生特异的相互作用而稳定的结合起来。这种结合力在外力破坏后可以迅速还原，即实现快速修复。基于这一原理，团队分别构建了表面展示有抗原和纳米抗体的两种工程菌株，之后，再以一定比例将两种菌株混合，通过抗原-抗体间的快速相互作用，制备出了稳定的具有高效自修复能力的LAMBA前体材料。

　　“可编程”活体材料让设备更智能 

　　合格的自修复材料还应该是智能的，生物活体材料最大的优势之一就在于微生物强大的可编程能力。LAMBA材料具备的超强自修复能力以及智能编程能力。这也启发研究团队进一步探究其在可穿戴设备和生物传感器上的应用。

　　人体的神经肌肉活动均伴随着电生理信号的产生，电生理传感器可用于不同频率神经肌肉电生理信号的捕捉。实验结果显示，柔性LAMBA电生理传感器可以准确捕捉到肌肉电信号，并且相比于相同方法制备的单菌或金薄膜传感器显示了更好的信噪比。

　　BT与IT在合成生物学里“碰撞”出无限可能 

　　“LAMBA材料在军事领域的应用令人兴奋，试想一下，未来如果将LAMBA材料用在特种军服或军用可穿戴设备上，那么，单兵作战的能力将会得到大幅增强。另外，生物活体材料强大的可编程能力，使得赋予战衣更多样的功能成为可能，这将使士兵能够更加从容的应对战场上各种复杂的环境与地形。”通讯作者刘志远在谈及应用场景时表示。

　　“我们希望通过该研究建立一种活体材料组装的新方法，在活体生物可编程的基础上，通过引入高分子物理及化学合成中的理论赋予微生物新的特性，使组装的材料具有快速自愈合的特性，并初步尝试了IT与BT的融合，我们也在推进其他相关的各项有趣研究，期待并相信合成生物可以带来无限可能。”通讯作者戴卓君表示。

　　中国科学院院士，上海交通大学教授樊春海表示，这个工作在活体材料的设计与编辑中跨出了一大步。中国科学院院士，中国科学院深圳先进技术研究院合成生物学研究所首席科学家赵国屏表示该成果聚焦在活体功能材料领域，挑战了活体材料分钟内自愈这个单纯依靠细胞分裂无法实现的难题。