关于天鹅绒虫喷出黏液的新发现可能彻底改变可持续材料设计。该研究详细揭示了一种天然蛋白质结构——该结构在澳大利亚、新加坡和巴巴多斯等地的物种中历经近4亿年进化仍得以保留——如何促使黏液实现液态与纤维态的可逆转化。这项发现有望启发新一代可回收生物塑料的研发。
"大自然已经找到了制造既坚固又可回收材料的方法，"领导这项研究的化学教授、加拿大绿色化学研究主席马修·哈林顿表示。"通过破译天鹅绒虫粘液的分子结构，我们现在离为日常材料复制这种高效特性更近了一步。"
天鹅绒虫是栖息于南半球潮湿森林中的类毛毛虫生物，它们通过喷射粘液捕获猎物。粘液喷出后会迅速硬化成强度堪比尼龙的纤维。这种粘液可溶于水，并能重新聚合成新纤维。此前，这种可逆性背后的分子机制始终成谜。
哈林顿团队利用蛋白质测序和AI驱动的结构预测工具（2024年诺贝尔奖获奖工具AlphaFold），在粘液中鉴定出与免疫系统中细胞受体功能相似的未知蛋白质。研究人员认为，这些受体蛋白在纤维形成过程中起着连接大型结构蛋白的作用。通过对比约3.8亿年前分化的两个天鹅绒虫亚群，研究团队证实了该蛋白质的进化意义与功能相关性。
可回收材料的蓝图
传统塑料和合成纤维通常采用石油基前体制造，其生产和回收过程需要消耗大量能源，往往涉及热处理或化学处理。而天鹅绒虫仅通过简单的机械力——拉伸作用——就能利用生物可再生前体生成坚固耐用的纤维，且后续可溶解重用而不产生有害副产品。
"显然，遇水即溶的塑料瓶用途有限，但通过调整这种结合机制的化学性质，我们可以规避这个问题，"哈林顿解释道。
本研究由麦吉尔大学和新加坡南洋理工大学（NTU）的研究人员共同完成。团队的下个挑战是通过实验验证蛋白质结合作用，并探索该原理能否应用于工程材料的设计。