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基因编辑突破，胡良兵教授团队打造超级木头，强度堪比铝合金！

文章来源：贤集网更新时间：2024-08-16 16:04:50

在材料科学的广袤领域中，木材这一古老而又常见的材料，正焕发出全新的生机与活力。胡良兵教授和戚益平教授携手合作，为我们带来了令人瞩目的创新成果——超级木头。

2024年8月12日，美国马里兰大学胡良兵教授（现任职于耶鲁大学）和戚益平教授的研究团队通过运用基因编辑技术减少木材中的木质素含量，实现了无需化学处理的高性能工程木材的制造。胡良兵教授实验室的Yu Liu博士后和戚益平实验室的Gen Li博士后为该论文的共同第一作者。

一、基因编辑：超级木头的诞生密码

在过往，制造高性能的工程木材通常依赖化学方法来降低木质素含量，以增强其机械性能。然而，这种方法存在诸多弊端，如能耗高、材料消耗大以及产生大量废弃物，给环境造成沉重负担。

胡良兵和戚益平的研究团队另辟蹊径，运用基因编辑技术，靶向杨树中的 4CL1 基因，引入提前终止密码子，成功减少了木质素含量，降幅达到 12.8%。这一创新性的方法，为无需化学处理的高性能工程木材的制造打开了全新的大门。

经过基因编辑后的木材，在经过简单的水浸泡和高温热压处理后，展现出惊人的抗拉强度，高达 313.6 ± 6.4 MPa，可与铝合金 6061 相媲美，且与传统化学处理后的压缩木材强度相近。这意味着基因编辑技术不仅实现了与传统方法相当的效果，还避免了化学处理带来的环境污染。

二、深入探究：超级木头的微观奥秘

通过拉曼光谱和 2D-HSQC NMR 光谱的精细分析，研究团队发现基因编辑不仅降低了木质素含量，还改变了其在木材细胞壁的分布，尤其是在细胞角落，木质素的含量显著减少。这种结构上的调整，为木材在压缩过程中形成更致密的结构奠定了基础，进而大幅提升了机械性能。

扫描电子显微镜（SEM）的观察结果显示，基因编辑过程并未对木材的微观结构，如纤维细胞的孔隙大小、导管直径和细胞壁厚度等产生显著影响。这一发现进一步证明了基因编辑技术在精准调控木质素的同时，最大程度地保留了木材原有的物理性质。

在实验中，研究团队对基因编辑后的木材在自然状态和压缩状态下的力学性能进行了详细对比。结果令人振奋，基因编辑后的木材在压缩后，抗拉强度显著提高，达到未压缩前的 5.6 倍，而传统方法压缩的木材仅提高了 2.6 倍。压缩后的基因编辑木材的抗拉强度比传统方法压缩的木材高出约 1.6 倍。

三、胡良兵教授凭啥被称为“木头大王”？

胡良兵教授，作为材料科学领域的杰出学者，以其在木材研究及相关领域的卓越成就而备受瞩目。他的一系列研究成果不仅展现了木材的巨大潜力，还为众多领域带来了新的发展机遇。

1、基因编辑超级木头：

通过运用基因编辑技术靶向杨树中的 4CL1 基因并引入提前终止密码子，成功减少了木质素含量达 12.8%。经简单水浸泡和高温热压处理后，这种基因编辑后的木材抗拉强度高达 313.6 ± 6.4 MPa，可与铝合金 6061 相媲美，与传统化学处理后的压缩木材强度相近。例如，在压缩后，其抗拉强度可达未压缩前的约 5.6 倍，而传统方法压缩的木材仅提高约 2.6 倍，压缩后的基因编辑木材抗拉强度比传统压缩木材高出约 1.6 倍。

2、可扩展的美学透明木材

胡良兵教授通过巧妙的化学处理和复合材料加工工艺，研发出了可扩展的美学透明木材。这种木材不仅具有较高的透光率，而且重量轻、导热系数低、机械强度高。它的制备基于天然木材的特性，通过特定溶液的化学处理去除部分成分并浸渍聚合物，呈现出独特的美学效果，同时具备紫外线阻隔、坚硬、隔热、环保等特性。

3、3D 成型木材

通过对木材细胞壁的精心工程处理，胡良兵教授成功将硬木平板转化为多功能的 3D 结构。这种 3D 成型木材强度是原始木材的六倍，可与铝合金相当，并且能够被加工成各种复杂形状，如锯齿形、波纹形、星形等。该方法既保留了木材的自然层次结构和各向异性结构，又大大提升了其强度和可塑形，拓宽了木材作为结构材料在建筑和交通等领域的应用潜力。

此外，他在将木材转化为固态电解质等方面也有重要成果，通过特定的方法改变纤维素的晶体结构，实现了锂离子的快速传输。

胡良兵教授的研究成果涵盖了木材的多个方面，不断挖掘和拓展了木材的性能和应用边界，这些创新性的工作使得他在木材研究领域获得了广泛的认可和赞誉，“木头大王”的称号也由此而来。

四、展望未来：超级木头的广阔前景

胡良兵和戚益平教授的研究成果为木材工程领域带来了革命性的突破，展示了基因编辑在木材工程中的巨大潜力。随着基因编辑技术的不断发展和完善，超级木头有望在全球范围内广泛应用于建筑、交通、航空航天等众多领域，推动材料科学的可持续发展，为应对全球气候变化和实现碳中和目标发挥重要作用。

胡良兵教授和戚益平教授的合作研究，为我们开启了木材工程的新时代。超级木头的诞生，不仅是科学技术的胜利，更是人类智慧与自然材料完美结合的典范。相信在未来，他们将继续引领材料科学的发展，为我们创造更多的奇迹。

原文链接：https://www.xianjichina.com/special/detail_555158.html
来源：贤集网
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