記者從浙江大學獲悉,教育部“長江學者獎勵計劃”特聘教授、浙江大學化學系教授唐睿康帶領團隊成功破解了動物界中常見的換殼現象的生物機理,發現其中隱藏著“仿生開關” 。這一發現為科學家進一步研究仿生控制功能提供了新樣本,讓生物材料的制備變得更加可控。
課題組選取常見的甲殼動物——卷甲蟲(俗稱西瓜蟲)作為生物模型,發現換殼時期的卷甲蟲體內富含酸性氨基酸,如天冬氨酸。在它的作用下,卷甲蟲立即啟動換殼過程,促使處于準備狀態的礦物質前體迅速走向“穩定狀態”從而形成新殼。在自然狀態下,這個過程在短短的數小時之內完成。
對此,唐教授這樣解釋:“鎂離子和酸性蛋白質共同構成了一個生物界中的‘開關’。動物的換殼過程可以理解為一個‘結晶’的過程,礦物質在這個過程中經歷了非穩定態、亞穩定態和穩定態。鎂離子是一個‘關’的信號,暫時關閉了結晶過程,延長了碳酸鈣非結晶狀態。而酸性蛋白是一個‘開’的信號,它的出現結束了礦物的非結晶狀態,促發了礦物質的迅速結晶。”課題組用鎂和酸性氨基酸在實驗室里成功地演示了這個結晶開關,并證明了這一原理還存在于磷酸鈣體系,具有普適性。
唐睿康團隊的這一發現為人類制備生物材料提供了新的啟示,人們可從中獲得靈感,制造出一種“仿生開關”,使生物材料的合成變得更加可控,制造出各種結構、形態和功能的生物材料。