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tengx 聊一聊最近风很大的黑寡妇蜘蛛仿生丝

最近在市场上关注到了一个很火也很有意思的新技术 ,号称超越尼龙的第二代革命性新材料 ,名为黑寡妇蜘蛛仿生丝。乍一听有点蜘蛛侠科幻片的意思,本着格物致知的钻研精神便花了些功夫来做了些朴素的研究与验证 。老实说,一开始以为也就是个炒作的噱头 ,研究完后我自己是震惊了,这里面真的蕴藏着万亿级的市场,在生物医药和军工上的应用更是颠覆性的 ,而且不吹不擂国内在这一块已经跑在了老外前面 。

一开始是看到嘉欣丝绸子公司超丝科技在黑寡妇家蚕超级仿生丝的研发上有了突破,公告称他们研发的家蚕丝的强度已经比普通蚕丝强了倍。目前浙大教授钟伯雄,同时也是超丝科技大股东 ,还在积极研发6倍强度的仿生丝。这个倍强度是什么概念呢,就是已经可以应用在军工领域中的支撑性军服,也就是说如果士兵负伤 、骨折 ,该军服的强度足以为士兵的身体和关节做支撑,同时它极其帖肤且重量极轻 。同时,在生物医学领域 ,该强度仿生丝已经可以用做心脏瓣膜材料。

说实话 ,一般讲的太天花乱坠的东西我都是保持质疑的,必须得自己验证过才能相信一二。鄙人不才,在军工领域没什么资源 ,验证起来略有难度 。但好在上海有些院长级别的朋友,于是就去打听打听了这个仿生丝在生物医学方面这个应用到底靠不靠谱。可能也是天意,这一打听 ,居然打听出来了就是这个超丝科技的黑蜘蛛仿生丝已经在上海某医院开始做心脏瓣膜材料试验了,并且效果反馈非常好。具体哪家医院就不透露了,因为据说都是不让公开的 ,应该是为了保护技术专利 。有上海医院渠道资源的小伙伴也可以去打听验证一下。

话说回来,这个黑寡妇家蚕超级仿生丝一旦达到6倍强度,则具备了防弹功能 ,同时在生物医学领域的应用将更加广泛,例如组织支架 、人工肾、人工食管等。作为一个颠覆性的新材料,仿生丝还具备替代碳纤维的潜力 ,且更轻、更强 、成本更低 。

其实作为一种介质材料 ,蚕丝就像一个“百变金刚 ”,我们有时需要用到它的“硬度 ”,有时需要用到它的“柔韧性” ,因具备优异的组织相容性。在生物医学领域,我们是希望材料既保留金属的足够支撑力,又能够实现可控降解 ,长期或短期内在人体内留存且不会产生排异反应,降解后的产物亦可被人体安全吸收。黑寡妇蜘蛛丝就完美解决了这一问题 。下图是蚕丝(丝素)蛋白微纳米纤维多孔支架 。

过去,蚕丝蛋白主要用于临床级的组织创面修复 ,而以蚕丝蛋白制作高端医疗器械产品,尤其是以高强度的黑寡妇仿生丝的丝素蛋白作为医疗器械产品,目前国内还尚处于试验阶段(技术已领先全球) ,其本身的成本远低于现在所用的传统材料,我国是全球第一产丝大国,蚕丝来源丰富。据嘉欣丝绸的官方回复 ,具有黑寡妇蜘蛛基因的家蚕在大规模养殖和生产上不具备难度 ,仿生丝成本也与普通白厂丝相近。

之前在脑外科手术中,颅骨固定装置(骨钉、连接片)需要硬度较高的材料,这一材料会在病人骨头自我修复过程中(6~12个月)逐渐降解 ,在骨骼完全康复的时间点前实现完全降解 。而脑外科手术中的人工脑膜则需要一种很软且永远不会降解的材料,终身伴随人体,不会产生任何排斥反应。针对以上特定需求 ,中科院上海微系统所于2017年成功研制出蚕丝蛋白骨钉,并在此基础上继续研发各类人体植入或实现替代的组织器官。

可能很多人不知道,蚕丝中的丝素蛋白在医疗(研究)领域已经得到了至少三个维度的应用 。

在一维应用中 ,丝素蛋白(及其改性材料,下同)作为一种线性材料,在手术缝合线、人工韧带 、人工肌腱等方面的应用和探索中取得了不小的成果。

在二维领域中 ,丝素蛋白依托“静电纺丝技术”,可被做成一种片状材料,目前已经在伤口敷料、疝气修补片、皮肤再生 、心脏瓣膜片等方面贡献了价值。

与纯丝素蛋白膜相比 ,SF/PCL复合纤维膜的断裂伸长率提高了3~5倍,浸润性随丝素蛋白含量的增加而增加 。同时 ,SF/PCL 膜还显著增强了前成骨细胞 MC3T3-E1 的细胞活力和成骨分化能力。

当进入具有三维构型的更复杂的生物体中,细胞与细胞、细胞与基质间的相互作用关系也都是三维的。近年来兴起的再生医学技术的研究核心是构建细胞与细胞支架结合的三维复合体 。究者已尝试构建的三维丝素蛋白基纺织材料应用于人工血管、研骨修复 、人工肾和人工食管等多种组织修复研究中。

黑蜘蛛仿生丝最直接的应用在军工和生物医疗 $军工ETF(SH512660)$ $恒瑞医药(SH600276)$ ,同时蚕丝蛋白溶液还可通过一系列生物制造技术成硬盘、传感器、光学器件等。2020年 ,可同时存储数字信息 、生物信息的新一代蚕丝蛋白存储技术惊艳问世 。蚕丝蛋白硬盘不但能储存数字信息,还能储存生物信息,包括血液 、DNA等人体差异化生物信息 。由于蚕丝蛋白没有电学介质 ,在强磁场、强辐射与极端条件(高温、低温 、高湿度)下可以正常工作,具有综合性的应用优势,通过这种技术可以应用的场景包含多种。

从对超丝科技的兴趣开始研究 ,过程中还发现了另一家公司-浙江丝路传人生物科技。在国内丝素蛋白医疗材料的研究探索中,丝路传人生物科技成立于2010年,10年前已经布局 ,在蚕丝蛋白上创新研发产业级原料,联合包括美国、韩国、日本等国在内的尖端科研力量,共同推动原料的产研结合发展 。以下为超丝科技研发方向:

更有意思的是 ,嘉欣丝绸第二大股东浙江凯喜雅投资有限公司的母公司浙江凯喜雅国际股份有限公司同时100%控股浙江丝路传人生物科技。也就是说嘉欣丝绸与丝路传人生物科技为同一实控人下属资产。这两家公司未来一定能在黑寡妇仿生丝的研发和生产上依托嘉欣丝绸这个产业化平台产生协同 ,擦出火花 。

字码着码着发现嘉欣丝绸这个黑蜘蛛仿生丝今天在一年一度的中国丝绸大会上受到了中国丝绸协会极大肯定。嘉欣丝绸利用家蚕和黑寡妇蜘蛛的基因组合改良,成功研制出可广泛应用于军工 、生物医学等多个领域的超级仿生丝,已然不是噱头而是客观事实。

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