这种模型系统就是不同浓度的M13噬菌体盐溶液。噬菌体只侵袭细菌而对人体无害,形状很长很像筷子,表面还有螺旋状的槽,也像胶原蛋白纤维,非常适于作有机模型。“我们开始理解大自然创造复杂结构的方式,并开发出更容易的方法来模拟它,甚至拓展它。”李承旭说。
研究人员介绍说,他们的技术要求把一片玻璃浸入病毒液中,然后以精确的速度缓慢拉出来,玻璃片上就附着上一层新鲜的病毒薄膜。拉出的速度可以在10微米/分钟到100微米/分钟,这样要1小时到10个小时能处理完一整张玻璃片。调整溶液中的病毒浓度和拉出速度,就能控制液体的黏性、表面张力和薄膜增长过程中的蒸发率,这些因素决定了病毒最终所形成的样式结构。
研究小组已经利用该技术制造了3种完全不同的结构。比如用15毫克/毫升较低浓度的病毒溶液,能形成规则的条纹间隔,其中纤维彼此呈90度角;如果拉出速度更慢,会提高病毒运动、方向方面的物理参数,当它们附着在玻璃上时,就会自然地聚集在一起,绞成螺旋带状;而最复杂的结构就像“方便面”,所用的病毒浓度在4毫克/毫升到6毫克/毫升,研究人员利用美国劳伦斯伯克利国家实验室的先进光源对其检测,发现这种高度有序化的结构能像棱镜一样弯曲光线,而这种弯曲方式是自然界或其他工程材料都没有的。
“用这种技术,我们能在组装过程中精确调整影响动力和热力的因素,从而决定形成的结构类型,能控制顺序、扭曲方向、薄膜纹理的宽度、高度和间隔。”郑佑齐说。
这种简单便捷的特性,预示了它们有望在制造行业大显身手。人们设定了参数以后,组装过程就会自动进行而不用管它。李承旭说:“我们可以设定晚上开始,到第二天早上就有了几万亿的病毒纤维在基质上排成我们想要的样式。”
此外,这种病毒组装过程还能用于生物医疗领域。研究人员用基因工程让病毒表达一种特殊的多肽,来影响软硬组织的生长。用这种转基因病毒薄膜作为引导磷酸钙矿化作用的组织模板,生成了类似牙齿釉质的混合物,将来能作为一种可再生的组织材料。