據(jù)外媒報(bào)道，幾十年來(lái)，創(chuàng)造選擇性多孔材料的想法一直吸引著化學(xué)家的注意力?，F(xiàn)在，來(lái)自美國(guó)西北大學(xué)的新研究表明，真菌可能數(shù)百萬(wàn)年來(lái)一直在做這樣的事情。 當(dāng)Nathan Gianneschi的實(shí)驗(yàn)室著手合成黑色素，模仿某些已知居住在不尋常的不利環(huán)境(包括宇宙飛船、洗碗機(jī)，甚至切爾諾貝利)中的真菌所形成的黑色素時(shí)，他們最初并沒(méi)有想到這種材料會(huì)被證明是高度多孔的--這種特性使材料能夠存儲(chǔ)和捕獲分子。

在整個(gè)生物體內(nèi)，我們的皮膚和眼睛背面都發(fā)現(xiàn)了黑色素，并作為許多動(dòng)物和植物的色素。它還在保護(hù)物種免受環(huán)境壓力方面發(fā)揮著作用。例如，龜頭海蛇的條紋在污染的水中會(huì)變黑;生活在工業(yè)區(qū)的飛蛾在細(xì)胞吸收煙塵中的毒素后會(huì)變成黑色。研究人員想知道，是否可以讓這種生物材料更像海綿，以優(yōu)化這些特性。而反過(guò)來(lái)，自然界中是否已經(jīng)存在海綿狀的黑色素。

“黑色素的功能并不是在所有時(shí)間和所有情況下都完全清楚，”該研究的作者Gianneschi說(shuō)。“它當(dāng)然是人類皮膚中的自由基清除劑，并能防止紫外線傷害?，F(xiàn)在，通過(guò)合成，我們偶然發(fā)現(xiàn)了這種令人興奮的材料，它很可能存在于自然界中。真菌可能會(huì)制造這種材料來(lái)增加它們細(xì)胞的機(jī)械強(qiáng)度，但卻是多孔的，允許營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)穿過(guò)。”

該研究將于2021年3月5日發(fā)表在《美國(guó)化學(xué)會(huì)雜志》上。

在實(shí)驗(yàn)室中創(chuàng)造這種材料的能力是令人鼓舞的，原因有很多。在典型的無(wú)孔材料中，顆粒只在表面吸附。但像別致素這樣的多孔材料可以吸收和保持不良毒素，同時(shí)讓空氣、水和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)等好東西通過(guò)。這可能允許制造商為制服創(chuàng)造透氣，保護(hù)性涂層。

“你總是因?yàn)榘l(fā)現(xiàn)一些潛在有用的東西而感到興奮，”Gianneschi說(shuō)。“但也有一個(gè)有趣的想法，即通過(guò)發(fā)現(xiàn)這一點(diǎn)，也許更多這樣的材料已經(jīng)存在于生物學(xué)中?；瘜W(xué)合成導(dǎo)致生物發(fā)現(xiàn)的例子并不多。大多數(shù)情況下都是反過(guò)來(lái)的。”

實(shí)驗(yàn)室的研究生研究員、論文的第一作者Naneki McCallum曾注意到，在合適的條件下，黑色素似乎是中空的，或者可以讓黑色素包含電子顯微鏡下看起來(lái)像空洞的東西。當(dāng)團(tuán)隊(duì)遇到這種合成材料時(shí)，他們開始實(shí)驗(yàn)材料的多孔性和選擇性，以吸附這些空隙中的分子。

在一次關(guān)鍵的演示中，該團(tuán)隊(duì)與海軍研究實(shí)驗(yàn)室的研究人員合作，能夠證明新的多孔黑色素會(huì)起到保護(hù)涂層的作用，防止神經(jīng)氣體的模擬物通過(guò)。在這一結(jié)果的啟發(fā)下，他們又從真菌細(xì)胞中分離出天然存在的黑色素。這是通過(guò)從內(nèi)部蝕去生物材料，留下一個(gè)含有黑色素的外殼來(lái)實(shí)現(xiàn)的。他們將這些結(jié)構(gòu)稱為“真菌幽靈”，因?yàn)檫@種難以捉摸的中空形狀具有 "卡斯伯(Casper) "般的品質(zhì)。這種源自真菌的材料，還可以反過(guò)來(lái)作為織物的保護(hù)層。值得注意的是，這種材料能保持透氣性，讓水通過(guò)，同時(shí)又能捕捉毒素。

這種材料的另一個(gè)好處是它的簡(jiǎn)單性，因?yàn)樗苋菀讖暮?jiǎn)單的分子前體中生產(chǎn)和放大。未來(lái)，它可以用來(lái)制作防護(hù)口罩和面罩，并有可能應(yīng)用于長(zhǎng)距離太空飛行。太空中的涂層材料將允許宇航員儲(chǔ)存他們呼吸出來(lái)的毒素，同時(shí)保護(hù)自己免受有害輻射，從而減少浪費(fèi)和重量。

這也是向選擇性膜邁出的一步，這是一個(gè)高度復(fù)雜的研究領(lǐng)域，旨在采取像水這樣的化合物，并允許健康的礦物質(zhì)通過(guò)，同時(shí)阻止汞等重金屬。

“真菌可以在其他生物掙扎的地方茁壯成長(zhǎng)，它們有黑色素來(lái)幫助它們做到這一點(diǎn)，”McCallum說(shuō)。“所以，我們問(wèn)，我們可以通過(guò)在實(shí)驗(yàn)室中重新創(chuàng)造這樣的材料來(lái)利用哪些特性?”

關(guān)鍵詞： 黑色素 毒素