生物膜、貝殼,、骨骼組織等天然生物系統(tǒng),，能根據(jù)環(huán)境信號形成多功能、多尺度的生物與非生物成分集合體,，比如骨骼,，就是由礦物質(zhì)、活細胞及其他物質(zhì)組成的矩陣,。

　　日前,，來自麻省理工學院(MIT)的工程師們受這些天然材料的啟發(fā)，合成出包含生物成分和非生物成分的活性生物材料,。其中的活細胞能對環(huán)境起反應,，產(chǎn)生復雜的生物分子，非生物材料能導電或發(fā)光。相關研究論文刊登在了近期出版的《自然-材料學》(Nature Materials)雜志上,。

　　研究人員通過給細胞編程,，“誘騙”細菌細胞產(chǎn)生生物膜，這種生物膜能和金納米粒子,、量子點結(jié)合在一起,。實驗所用的細菌是大腸桿菌。這種細菌能產(chǎn)生生物膜,，生物膜中含有一種叫做“螺旋纖維”的淀粉蛋白,，幫大腸桿菌附著在物體表面。每根淀粉纖維都是由相同的亞單位 CsgA 不斷重復構(gòu)成的蛋白鏈,， CsgA 上還可以附加肽(蛋白質(zhì)片段),，這些肽能捕捉非生物材料，如金納米粒子,。

　　研究人員利用誘導基因線路和細胞通訊線路,，讓細菌能在特定條件下產(chǎn)生不同類型的螺旋纖維，控制生物膜的性質(zhì),，造出金納米線,、傳導生物膜,、量子點生物膜,、具有量子力學性質(zhì)的微晶體等。

　　他們先讓細菌細胞喪失自然產(chǎn)生 CsgA 的能力,，然后用一種只能在特定條件下,，比如在有 AHL 分子的條件下，才能產(chǎn)生 CsgA 的轉(zhuǎn)基因線路來代替,，這樣調(diào)節(jié)細胞環(huán)境中的 AHL 數(shù)量就能控制螺旋纖維的產(chǎn)生,。

　　然后，他們改變大腸桿菌細胞,，讓它們能在有 aTc 分子時產(chǎn)生附加了肽的 CsgA ,，這些肽構(gòu)成了組氨酸。這兩種轉(zhuǎn)基因細胞能在一個群體中生長,，改變 AHL 和 aTc 數(shù)量,，就能控制生物膜的組成成分。兩種分子同時存在時,，生物膜中包含了加組氨酸和不加組氨酸的 CsgA 鏈兩種成分,。如果加入金納米粒子，附加組氨酸就能“抓住”它們,，形成一行行的金納米線和能導電的網(wǎng)絡,。

　　要在螺旋纖維中添加量子點，研究人員會改變細胞，讓它們能產(chǎn)生附有SpyTag的螺旋纖維,，而在量子點上涂一層 SpyCatcher(SpyTag 伴侶),，它們就會結(jié)合在一起。這些細胞還能和產(chǎn)生組氨酸纖維的細菌一起生長,，這樣材料中就能同時含有量子點和金納米粒子,。

　　研究人員指出，目前這種“活材料”只是簡單示范,。它們在未來能源領域有著廣泛應用,，如蓄電池、太陽能電池,，還能給生物膜涂上一層酶,，催化分解纖維素，把農(nóng)業(yè)廢棄物轉(zhuǎn)變?yōu)樯锶剂?，其他潛在應用還有診療設備,、組織工程支架等。