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美军测试,科学家开发利用蛛丝制造服装和医疗

2019-09-03 17:59

  英国《每日邮报》网站8月20日发表了题为《美国陆军开始测试防弹“蜘蛛服”,其材料是比钢更坚固的转基因丝》的报道。

图片 1 资料图:美军士兵身着防弹衣在战壕里刮胡子

原标题:美军测试“蜘蛛侠”战衣,我们和科幻电影的距离还有多少?

中国化工仪器网 技术前沿】如今,大肠杆菌、酵母菌、植物、蚕甚至山羊都能通过基因改造大量产出蜘蛛丝蛋白,尽管这些蛋白通常比蜘蛛自身的蛋白更短、更简单。公司已成功地将这些蛋白转入强韧程度足够高的线中,从而产生一些服装原型,包括阿迪达斯公司的跑鞋和北脸公司的轻便大衣。不过,迄今为止,公司仍在为大规模生产此类服装努力。 对于蜘蛛丝的吹捧自18世纪10年代便开始了。当时,位于蒙彼利埃的法国科学学会主席Franois Xavier Bon de Saint Hilaire在给同事的信中写道:“你将非常吃惊地听到,蜘蛛产生的丝和普通丝绸一样美丽、结实和光滑。”现代的吹捧则宣称,蜘蛛丝的强韧程度是钢铁的5倍,但仍然比橡胶灵活。如果它能被制成绳子,那么一张大尺度的网将能套住一架喷气客机。 关键词是“如果”。研究人员在1990年克隆出蜘蛛丝基因,以期将其植入其他生物体来生产丝。蜘蛛无法像蚕一样被养殖,因为它们具有地盘性,并且会同类相食。如今,大肠杆菌、酵母菌、植物、蚕甚至山羊都能通过基因改造大量产出蜘蛛丝蛋白,尽管这些蛋白通常比蜘蛛自身的蛋白更短、更简单。公司已成功地将这些蛋白转入强韧程度足够高的线中,从而产生一些服装原型,包括阿迪达斯公司的跑鞋和北脸公司的轻便大衣。不过,迄今为止,公司仍在为大规模生产此类服装努力。 一些管理人员表示,他们终可能会改变策略。位于美国加州爱莫利维尔的初创公司Bolt Threads表示,其已经完善了在酵母菌中生长蜘蛛丝蛋白的方法并且每年有望产出数吨蜘蛛丝线。在密歇根州兰辛市,Kraig Biocraft实验室表示,其仅需要同越南的养蚕场进行终谈判,便能制造出大量的蜘蛛丝和蚕丝混合物。目前,美国军方正在测试将其用于弹道学保护。“自上世纪90年代起,该领域取得了巨大进展。而当时,无论是在功能规模,还是商业规模上,大规模产出蜘蛛丝似乎都是遥不可及的。”瑞典理工学院生物化学家My Hedhammar表示。 然而,很多生物技术和研究观察者对大规模生产蜘蛛丝绳子和纤维的前景持谨慎态度。“目前,该领域尚未进展到这一步。”美国自然历史博物馆蜘蛛丝基因学家Cheryl Hayashi认为,“我们仍无法在商店的货架上看到这些东西。” 人们的梦想是仿制出蜘蛛吐出来的7种丝中强韧的那种:能让蜘蛛悬挂在网上并且含有7种蛛丝蛋白的牵引蛛丝。这些蛋白分子很大——每个大有600千道尔顿,几乎是普通人类蛋白大小的两倍。这使其很难在经过基因改造的生物体内生产出来。公司大多选择生产50 到200 kDa的版本,因为它们更容易被表达。这些较小的蛋白产生的丝通常没有那么强韧和灵活。“从某个方面来说,随着蛋白变小,机械性能便会丧失。”犹他州立大学化学家Randy Lewis表示。Lewis团队先克隆出蜘蛛丝基因。 与此同时,研究证实,模仿蜘蛛将浓缩蛋白液纺成纤维的方式也很困难。目前,Lewis能将蜘蛛丝蛋白纺成不溶于水的纤维,并且消除了对昂贵且可能有毒的有机溶剂的需求。由瑞典理工学院流体物理学家Daniel Sderberg领导的团队找到了一种利用木材和纸张中线性化的纤维素纤维来排列蜘蛛丝蛋白以形成纤维的方法。不过,在商业规模上将这些丝纺成纤维是另外一回事。“放大规模是一项巨大的挑战。”位于德国慕尼黑的蜘蛛丝初创公司AMSilk科技官Lin Rmer表示。 蜘蛛丝蛋白已进入市场销售,但只是在化妆品和医疗设备领域,而非应用到高强度的纤维中。AMSilk在大肠杆菌中生长出蜘蛛丝蛋白并且将纯化的蛋白干燥,使其形成粉,或者将其混合进凝胶中,以便用作诸如保湿乳液等个人护理产品的添加剂。据称,蜘蛛丝蛋白能帮助乳液在皮肤上形成非常顺滑、透气的保护层。Rmer介绍说,目前公司每年会卖出好几吨纯化的蜘蛛丝蛋白成分。 AMSilk还在完成一项包裹有该公司蜘蛛丝蛋白的硅胶乳房植入临床试验。由于这些蛋白含有高度重复的小氨基酸序列,因此据说它们几乎不会被免疫系统发现。这种包裹还能比聚四氟乙烯或者不锈钢更容易摆脱掉细菌。Rmer表示,这些优势应当会使公司利用蜘蛛丝包裹改善从人工髋关节到导尿管的诸多植入物。Kraig Biocraft实验室和位于斯德哥尔摩的Spiber技术公司表示,它们也正在开发类似应用。 编辑点评 虽然已经有公司利用蜘蛛丝蛋白来制作服装与进行医疗试验,但想利用其他生物制造出像蜘蛛本身一样强韧和灵活的蜘蛛丝蛋白,并投入大规模的生产,都是巨大的挑战。然而随着越来越多的公司投入蜘蛛丝蛋白的研究中,相信会越来越接近大规模生产高质量蜘蛛丝蛋白的目标,让它用在更多的领域中,造福人类。 (原标题:科学家利用蜘蛛丝制造服装和医疗设备)

  美国陆军开始测试全新的“蜘蛛服”防弹衣。

  原标题:最坚固的纤维!外媒称美军利用超级蚕丝加固防弹衣

人类有一个永恒的主题那就是“I have dream······”

  这种防弹服由叫做“龙丝”的物质(一种像面板一样的柔韧织物)制成,将接受“包括弹道冲击在内的关键性士兵防护应用”的测试。

  外媒称,美国陆军将研究如何改善防弹衣,并使之变轻——利用转基因蚕。

而有一位伟人就因为这个主题说过一句话:“不想成为超级英雄的将军他不是好士兵!”

  该产品的制造公司声称,这是人类已知最坚固的材料之一,并使用转基因蚕来生产。

  据美国《陆军时报》网站7月16日报道称,克雷格生物技术实验室已经与陆军签订合同,以提供利用“龙蚕丝”织成的材料薄膜。该实验室说,这种材料几乎与凯夫拉尔纤维一样坚韧,但却更轻,弹性也大得多。

我们都知道超级英雄有一个著名定律,那就是“穷人靠变异,富人靠科技”。

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  实验室首席运营官赖斯说,这项技术已经“颠覆了该行业”。

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  图为龙丝材料

  赖斯说:“这一过程已经完全弄清。几千年来,我们一直在收获蚕丝。龙蚕丝的拉力与弹性很强,因而成为人类已知的最坚固的纤维之一,是理想材料,可以有很多用途。”

(图源:斗图神器)

  美国生物技术公司——克雷格生物技术实验室披露已向美国军方交付了第一批样品。

  他说,相比之下,“凯夫拉尔纤维却是一种十分坚固的材料,但却毫无韧性。我们的材料与之相比坚固程度差不多,但韧性却是其10倍。问题是,‘这种韧性如何才能在保护装备中发挥作用?’”

当我们还幻想着要被什么物种咬一口,才能成功变异时,“财大气粗”的美国军方可不用等一个机会从天而降,据英国《每日邮报》8月20日报道,美国克雷格生物技术实验室和美国军方合作完成研究,已经开始测试“蜘蛛侠”防弹战衣了。

  该公司称:“将对这些样品进行评估,以确定其在拦截子弹方面的有效性,以便为我们的作战人员提供一种更轻、更舒适的替代传统防护服的产品。”

  这项合同涉及提供约15平方英寸(约合97平方厘米)材料,以用于实验室测试。密歇根州安阿伯的这家公司提供的这种材料定于2017年4月交付使用。如果陆军对测试结果着迷,就可以选择签订价值100万美元的合同,以便不仅测试这种材料本身,而且还有其应用,从而更好地满足防弹需要。赖斯说,该公司期望着展示其享有专利的龙蚕丝的坚韧程度,及其多用途特性。

其实人们很早就知道蜘蛛丝非常结实,具有卓越的强度和柔韧性,理论上可以提供防弹保护,可之前苦于技术问题,一直没能实现。

  龙丝是一种转基因蜘蛛丝,它模仿了天然蜘蛛丝的强度和韧性,但可以通过公司特别培育的蚕大量生产。

  陆军的项目执行局士兵保护处没有立即就记者的询问做出回应。

现在这家公司研发的防弹衣是由一种叫做“龙丝”的物质(一种像面板一样的柔韧织物)制成,它模仿了天然蜘蛛丝的强度和韧性。该公司声称它是人类已知的最强材料之一。想象一下当士兵穿上这样的轻薄灵活的防弹服穿梭于“枪林弹雨”中,的确有种魂穿科幻电影的感觉!

  转基因蚕被发展成为传统丝绸生产基础设施的直接替代品,每年生产超过15万吨丝。

  赖斯说,这种材料目前的生产成本不到每公斤300美元。他说,这一数字可能会进一步下降,如果生产工艺本身与常规的蚕丝没有很大区别的话。一般蚕丝造价约为每公斤30到50美元。赖斯说,试图制造质量相似的蛋白丝的竞争对手所面临的生产成本接近于每公斤3700美元。

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  该公司说,由此产生的蜘蛛丝“非常柔韧,更舒适,并为穿戴者提供了更高的机动性和灵活性”。

  他说,该公司研制这种材料已有大约10年,6年前,蚕首次产出“非传统”蛋白(含有天然蛋白纤维的蚕丝)。

(图截:每日邮报)

  克雷格生物技术实验室的首席运营官乔恩·赖斯表示:“经过多年的研究和投入,我们开发了这项突破性技术,现在能看到美国军方运用这项技术,我们非常高兴。”

那这种强大“龙丝”又是如何制成的?

  他说:“对我个人来说,而且对公司来说,有机会帮助保护那些献身于保卫人民事业中的勇士们是一种莫大的荣誉。”

“龙丝”虽然模仿蜘蛛丝优点和特性,但它并不是直接来源于蜘蛛,而是一种基因工程蜘蛛丝。这是因为蜘蛛的生活习性导致无法大量养殖,以供观察研究,所以他们给同样会吐丝的蚕虫胚胎注入含有改良后的蜘蛛基因,再经筛选后择优大量繁殖,从而有了现在的“龙丝”。

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目前该公司已向美国军方交付了第一批样品,接下来军方将对这些样品进行评估,以确定其在拦截子弹方面的具体效果,来方便后期改良和升级!

  图为新材料示意图

美国军方可能也是虫铁CP的大粉,除了投资了一个“蜘蛛侠”防弹衣,还又开启了“钢铁侠”战衣项目。

  该公司正准备在越南开设一家生产工厂,以极大地扩大龙丝和许多其他蛛丝产品的生产能力。

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  蜘蛛丝非常结实,理论上可提供比凯夫拉纤维等传统防弹服更轻、更灵活的弹道保护。

(图截:Twitter)

  众所周知,蜘蛛丝具有超强的强度、柔韧性和防弹能力,但事实证明,为了生产而饲养大量的蜘蛛是不可能的,因为蜘蛛通常会相互残杀。

美国军方直接钦点好莱坞特效公司Legacy Effects的设计师为美国精英部队打造“钢铁侠”战衣,用来保护美国士兵,并提高他们的战斗力。

  克雷格生物技术实验室表示,转基因蚕较为实用,可生产更多这种材料。

根据设计师和工程师的介绍,这套战衣是一层盔甲覆盖式机器人框架。他们将依据电影原型,同时结合昆虫、龙虾和犰狳等外壳生物的保护机制原理,来设计和制作这款战衣。

  该公司表示已为很多基因蛋白申请了专利,这些蛋白随后会被植入家蚕体内,用于生产防弹衣。(编译/邬眉)

今后,身着这种灵活轻便外壳战衣的士兵将能够携带数百磅重的装备。此外,战衣还包括冷热调节系统,以允许士兵在极冷或极热的条件下作战,头盔中还会内置一个完整的显示器,让部队可以通过每个士兵获得战场的相关读数。

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(图截:YouTube)

“钢铁侠”项目并不是纸上谈兵,在美国军队高级官员审核设计后,就拉入多家生物科技方面的军工企业,将项目推动到实际阶段。其中就包括特效模型生产商、小型科技公司以及雷神(Raytheon Co.)、洛克希德•马丁(Lockheed Martin Corp.)和通用动力(General Dynamics)等公司。

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钢铁侠战衣概念图

(图截:YouTube)

目前科研人员一直处于研究动力外骨骼阶段,而项目工程师们已经承诺,明年这套“钢铁侠”战服初级版就能进入士兵实测阶段了。

为什么说是初级版?

众所周知,钢铁侠的战衣能源来于他胸前的超小型“方舟反应堆”,现实中并没有这样的超级能量源,而想要制造这个能量供应源那就真的是道阻且长了。

自人类产生文明以来,对于超能力就有着无尽的向往,从长生不老到拥有各种异能。因为有着对“强大”的向往和科技飞速进步的推动,使得现实又得以朝着科幻电影迈了一步。但科幻电影并非现实,很多技术以及科技氛围我们都很欠缺,这注定着我们还有相当长的一段路要走!

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