如何使受精的鸡蛋能够抵抗来自外部的破裂，同时，在雏鸡孵化过程中，它是否足够弱以从内部破碎?根据麦吉尔大学科学家领导的一项新研究，这一切都在蛋壳的纳米结构中。

今天在“科学进展”杂志上发表的研究结果可能对农业工业的食品安全产生重要影响。

鸟类已经从数百万年的进化中受益，制造出完美的蛋壳，这是一种薄的，保护性的生物矿化室，用于胚胎生长，其中包含幼雏生长所需的所有营养素。壳不是太强，但也不是太弱(就像Goldilocks可能会说的那样“恰到好处”)，在孵化的时候才能抵抗破裂。

但究竟是什么赋予了鸟蛋壳这些独特的功能呢?

为了找到答案，Marc McKee在McGill牙科学院的研究团队与Richard Chromik的工程团队及其他同事一起，利用新的样品制备技术揭示蛋壳内部，研究它们的分子纳米结构和机械性能。

“众所周知，通过传统手段研究蛋壳是非常困难的，因为当我们试图通过电子显微镜制作薄片进行成像时，它们很容易破裂，”McKee说，他也是McGill解剖学和细胞生物学系的教授。

“由于McGill的电子显微镜研究设施最近获得了一种新的聚焦离子束切割系统，我们能够准确，薄切地切割样品并对壳体内部进行成像。”

蛋壳由无机和有机物质组成，这是含钙矿物质和丰富的蛋白质。该研究的第一作者Dimitra Athanasiadou研究生发现，确定壳强度的一个因素是与骨桥蛋白相关的纳米结构矿物的存在，骨桥蛋白也是复合生物材料如骨中发现的蛋壳蛋白。

一瞥鸡蛋生物学

该结果还提供了对受精卵和孵化卵中鸡胚的生物学和发育的深入了解。在铺设和育雏期间，鸡蛋足够坚硬，以防止它们破裂。当小鸡在蛋壳内生长时，它需要钙来形成它的骨头。在孵化期间，壳的内部溶解以提供这种矿物离子供应，同时弱化壳足以被孵化小鸡破坏。使用原子力显微镜，电子和X射线成像方法，McKee教授的合作者团队发现这种双功能关系是可能的，这归功于在卵孵化期间壳的纳米结构的微小变化。

在平行实验中，研究人员还能够通过在实验室中生长的矿物晶体中添加骨桥蛋白，重新创建与壳体中发现的纳米结构相似的纳米结构。McKee教授认为，更好地了解蛋白质在通过生物矿化驱动蛋壳硬化和强度的钙化事件中的作用可能对食品安全具有重要意义。

“大约有10-20%的鸡蛋破裂或破裂，这增加了沙门氏菌中毒的风险，”McKee说。“了解矿物纳米结构如何促进壳体强度将允许选择蛋鸡的遗传特性，以产生始终如一的强鸡蛋，从而提高食品安全性。”