2015年，人们发现已知壳体最强硬的生物物质是“帽贝”（limpets），一种海洋软体动物，有一个浅锥形外壳，通常附着在岩石上。
这些类似水生蜗牛的小型软体动物使用长有微小牙齿的舌头将食物从岩石上刮到嘴里。这些牙齿中含有一种坚硬而柔韧的复合物，其强度远高于蜘蛛丝，与碳纤维和芳纶等人造物质相当。
科学家们现在已经在实验室“成功地模拟”了帽贝牙齿的形成，并用它创造了一种新的复合生物材料。发表在《自然通讯》杂志上的这项研究表明，这种材料可以被放大成超强材料，其强度和柔韧性可以与合成材料匹敌，但在处理时不会产生有害物质。
无与伦比的力量
“像凯夫拉（KEVLAR）这样的全合成复合材料被广泛使用，但制造过程可能有毒，材料难以回收且成本高昂。在这里，我们有一种材料，就其来源和制造方式而言，它可能更具可持续性，并且在其寿命结束时可以被生物降解，”论文第一作者、朴茨茅斯大学（University of Portsmouth）药剂学和生物医学科学学院的Robin Rumney说。
是什么赋予帽贝的牙齿这种不可逾越的力量？
它位于一种独特的结构中，其中包含一种称为角质素的支架材料的柔性紧密堆积的纤维的融合，其中散布着一种称为针铁矿的含铁矿物的细晶体。这些纤维相互交织，就像碳纤维可以用来增强塑料一样。
为了让它们在自然环境之外生长，研究人员开发了将角质素和氧化铁沉积在血清涂层玻璃上的方法，就像在帽贝的牙齿中一样。
两周后，它们自组织成类似帽贝器官的结构，即形成牙齿的齿舌。虽然海绵中也观察到这种强大的再生，但它们缺乏帽贝和其他软体动物中组织和器官的“复杂”排列。
Rumney说：“我花了六个月的时间来建立这个过程。我经历了我能想到的各种排列，了解细胞可能需要什么以及它们如何生长。这与通常在实验室环境中生长的细菌或癌细胞非常不同，所以我们必须从头开始研究什么可行。”。
以帽贝为灵感的生物材料，用普鲁士蓝染料染色，可与铁结合
“用生物替代品取代塑料的使用”
在成功复制帽贝牙齿形成后，该团队随后能够通过矿化角质素片来生产半厘米宽的生物材料样品，甲壳素是渔业的一种废物副产品，在甲壳类动物、螃蟹和虾的外骨骼中能发现。
接下来，Rumney和团队希望探索这些生物材料样品可以扩大规模并大规模生产的可能性。
他说：“我们的下一步是找到其他方法来促进铁的形成，因此我们正在研究帽贝细胞的分泌物，以更好地了解这一点。如果效果良好，那么我们已经有了该器官的基因读数，因此我们可以提取感兴趣的基因，并有望将其放入细菌或酵母中，以大规模生长。”
“如今，海洋中面临塑料危机，我认为这是一个很好的对称性，我们可以向海洋生物学习如何通过用生物替代品取代塑料来更好地保护它们，”他继续说。
这篇论文的资深作者、药剂学和生物医学科学学院的Darek Gorecki教授说：“我开始这项研究是出于好奇，我想看看我们是否能利用我实验室用于培养哺乳动物细胞的原理，从帽贝的齿舌中培养细胞”。
“这不仅仅是蓝天研究（Blue-Sky Research，即没有直接实用价值的基础科研），现实世界的应用并不立即显现出来，它几乎是一个天上掉馅饼的项目。当它奏效时，这就是科学处于最佳状态的地方。”他补充道。
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