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(xì)胞及其他物質(zhì)組成的矩陣。

　　來自麻省理工學(xué)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(xì)胞能對環(huán)境起反應(yīng)，產(chǎn)生復(fù)雜的生物分子，非生物材料能導(dǎo)電或發(fā)光。相關(guān)研究論文刊登在了《自然-材料學(xué)》（Nature Materials）雜志上。

　　研究人員通過給細(xì)胞編程，“誘騙”細(xì)菌細(xì)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(xì)菌是大腸桿菌。這種細(xì)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(fù)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(dǎo)基因線路和細(xì)胞通訊線路，讓細(xì)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(dǎo)生物膜、量子點生物膜、具有量子力學(xué)性質(zhì)的微晶體等。

　　他們先讓細(xì)菌細(xì)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(xì)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(xì)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(xì)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(dǎo)電的網(wǎng)絡(luò)。

　　要在螺旋纖維中添加量子點，研究人員會改變細(xì)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(xì)胞還能和產(chǎn)生組氨酸纖維的細(xì)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(lǐng)域有著廣泛應(yīng)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?yīng)用還有診療設(shè)備、組織工程支架等。