新型“活材料”？真是厉害了

生物膜、贝壳和骨组织等自然生物系统可以根据环境信号形成生物和非生物成分的多功能和多尺度集合体。例如，骨骼是由矿物质、活细胞和其他物质组成的基质。

受这些天然材料的启发，麻省理工学院的工程师合成了含有生物和非生物成分的活性生物材料。活细胞可以对环境做出反应，产生复杂的生物分子，而非生物材料可以导电或发光。相关研究论文发表在《自然材料》杂志上。

通过对细胞编程，研究人员“哄骗”细菌细胞产生可以与金纳米粒子和量子点结合的生物膜。实验中使用的细菌是大肠杆菌。这种细菌可以产生生物膜，其中含有一种叫做“螺旋纤维”的淀粉蛋白，有助于大肠杆菌附着在物体表面。每个淀粉纤维都是由同一个亚基CsgA重复形成的蛋白质链，肽(蛋白质片段)可以添加到CsgA中，CSGa可以捕获非生物物质，如金纳米粒子。

研究人员利用诱导基因电路和细胞通讯电路使细菌在特定条件下产生不同类型的螺旋纤维，控制生物膜的性质，并制造金纳米线、导电生物膜、量子点生物膜、具有量子力学性质的微晶等。

他们首先让细菌细胞失去自然产生CsgA的能力，然后用一种只能在特定条件下产生CsgA的转基因细胞系来代替，例如AHL分子的存在，这样就可以通过调节细胞环境中AHL的量来控制螺旋纤维的产生。

然后，他们改变了大肠杆菌细胞，这样当aTc分子存在时，他们就可以产生带有附加肽的CsgA。这些肽形成组氨酸。这两种转基因细胞可以在一个群体中生长，生物膜的组成可以通过改变AHL数和aTc数来控制。当这两种分子同时存在时，生物膜包含有和没有组氨酸的CsgA链的两个组分。如果加入金纳米粒子，组氨酸可以“抓住”它们，形成一排排的金纳米线和导电网络。

为了将量子点添加到螺旋纤维中，研究人员将改变细胞，使它们能够产生附着有spytag的螺旋纤维，同时在量子点上覆盖一层SpyTag伴侣将它们结合在一起。这些细胞也可以和产生组氨酸的细菌一起生长，因此这种材料可以同时含有量子点和金纳米粒子。

研究人员指出，目前这种“活体材料”只是一个简单的演示。它们广泛应用于未来能源领域，如电池和太阳能电池。他们还可以在生物膜上覆盖酶来催化纤维素分解，并将农业废弃物转化为生物燃料。其他潜在的应用包括诊断和治疗设备以及组织工程支架。

这篇文章的原标题是“科学家设计新的“生物材料”