大自然能夠生産出具有驚人強度的材料，蜘蛛絲就是最有名的例子之一。2015年，一組科學家在這一領域做出了一個改變遊戲規則的發現，他們證明了被稱為石灰石的粘性軟體動物的牙齒實際上具有所有生物材料中最強的抗拉強度。

該團隊從這些軟體動物的獠牙中獲得靈感，從而生産出一種具有極強強度的複合生物材料，它可以提供一種更可持續的替代高性能材料如凱夫拉纖維(Kevlar)。

帽貝是水生蝸牛，有帽子狀的殼，能極好地附着在海岸線的岩石上。這種沿海生活方式的一部分包含了在崎岖不平的表面上刮擦它們的牙齒以收集藻類為食，這正是這種生物具有無與倫比的抗拉強度的秘密所在。

2015年，樸茨茅斯大學的研究人員使用原子力顯微鏡來研究了帽貝的牙齒材料并在原子水平上對其進行分析。這項工作顯示，帽貝的牙齒具有3至6.5千兆帕(GPa)的抗拉強度。就背景而言，蜘蛛拖網絲的抗拉強度約為1.3GPa，而鋼的強度約為1.65GPa。科學家們認為，帽貝牙齒之所以具有令人難以置信的抗拉強度，是因為它有一個密集的甲殼素纖維網絡，其中遍布着含鐵戈壁石的細小晶體。

該團隊現在已經創建了一個系統從而能在實驗室中形成類似的結構，該系統從血清塗層的玻璃開始，然後讓甲殼素和氧化鐵沉積在上面。在兩周時間内，這些自我組織成了負責帽貝牙齒形成的器官被稱為齒舌。科學家們使用了分離的根狀莖細胞、組織樣本、礦化甲殼素和一種叫做電紡的技術然後得以培育出半厘米（0.2英寸）寬的仿生石灰牙帶。

這項研究的論文第一作者Robin Rumney博士說道：“我花了六個月的時間來建立這個過程。我經曆了我能想到的每一種排列組合以了解細胞可能需要什麼以及它們如何生長。這跟通常在實驗室環境中生長的細菌或癌細胞非常不同，所以我們必須從頭開始研究什麼是可行的。”

這種具有極強強度的新型複合生物材料可能會在合成材料領域占據一個重要位置。如果該團隊能成功地擴大這一過程，它則可以為凱夫拉纖維和塑料等材料提供一個更可持續的替代物，而這些材料的生産是資源密集型且不那麼容易被回收的。

Rumney指出：“像凱夫拉這樣的全合成複合材料被廣泛使用，但其制造過程可能是有毒的、材料難以回收且價格昂貴。在這裡，我們有一種材料，就其來源和制造方式而言，它可能更具有可持續性并且在其壽命結束時可以進行生物降解。”

研究人員現在正将注意力轉向優化該工藝并将其擴大到以大規模生産所需的規模來生産合成帽貝牙齒。

“我們的下一步是找到讓鐵形成的其他方法，所以我們正在研究帽貝細胞的分泌物以更好地了解這一點，”Rumney說道，“如果效果真的很好，那麼我們已經有了器官的基因讀數，所以我們可以把感興趣的基因提煉出來并希望把它們放入細菌或酵母中從而讓它們規模化生長。顯然，我們現在有一個海洋中的塑料危機，我認為這是一個很好的對稱，我們可以從一種海洋生物中學習如何通過用生物替代品取代塑料的使用來更好地保護它們。”

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