仿生重组蛋白材料合成、组装及力学性能研究

【作者】 李铭； 李敬敬； 王帆； 刘凯； 张洪杰；

【机构】 中国科学院长春应用化学研究所稀土资源利用国家重点实验室； 中国科学技术大学应用化学与工程学院； 清华大学化学系先进稀土材料教育部工程研究中心；

【摘要】 自然进化出的蛋白材料具有优异的机械性能、生物相容性和可持续发展特性,在组织工程、可穿戴织物、生物粘附、环境治理等领域展现出巨大的应用潜力[1,2]。蛋白材料优异的机械性能与其高分子量和多层结构密切相关[3],这主要归因于蛋白特殊的分子基序。如何模拟天然蛋白开发高性能重组蛋白材料仍是一项重大挑战,特别在合理设计模块蛋白基序、调控其结构及多尺度组装,以及拓展其应用等方面。在此,我们基于模块化结构蛋白设计,调动不同功能模块间结构、性能的协同增强效应,并从分子尺度到宏观尺度上进行跨尺度组装调控,完成了多种重组力学结构蛋白材料的开发、性能优化及应用探究。首先,利用结构和功能模块验证协同效应,借助重组蛋白和天然DNA间静电络合所驱动的液液相分离作用,制备出一种ECM衍生的生物复合粘合剂,具有强大的粘合力以及实时愈合效果。随后,基于模块化蛋白中柔性、刚性和交联结构域模块的独特功能和结构特性,引入高阶β-折叠组装、化学交联作用,从低或中等分子量的蛋白中制备出坚固的蛋白纤维,并验证了重组结构蛋白力学材料在生物医学等领域的应用潜力。更多还原