材料表/界面改性是開發(fā)材料高附加值應(yīng)用的重要環(huán)節(jié),無(wú)論是在能源、環(huán)境、光電和生命科學(xué)領(lǐng)域都有著重要的作用。傳統(tǒng)的聚合物薄膜表/界面改性,存在合成方法復(fù)雜、原料有限和生物相容性差等缺點(diǎn)。鑒于此,越來(lái)越多的仿生表/界面改性方法被提出。目前比較新穎的解決問題的策略如下:一是美國(guó)西北大學(xué)Messersmith課題組于2007年報(bào)道的聚多巴胺體系;二是澳大利亞墨爾本大學(xué)Caruso 課題組于2013年報(bào)道的單寧酸(tannic acid, TA)-鐵(III)絡(luò)合物(Fe III -TA)體系。這兩類體系的共同特征是利用了鄰苯酚類衍生物的共價(jià)鍵和非共價(jià)鍵(氫鍵、范德華力、堆積作用力等)作用力實(shí)現(xiàn)了其交聯(lián)聚合和在材料表/界面的黏附性,實(shí)現(xiàn)了在多種材料表/界面的功能化和高新技術(shù)用途。上述方法的致命缺點(diǎn)是材料改性后的表/界面呈現(xiàn)棕色或者黑色、多巴胺聚合機(jī)理復(fù)雜、聚合時(shí)間長(zhǎng)、交聯(lián)產(chǎn)物生物降解性不明確、涂層穩(wěn)定性差和涂層表/界面粗糙等。這些缺點(diǎn)導(dǎo)致聚多巴胺等體系尚不能在高新技術(shù)領(lǐng)域(特別是在生物醫(yī)藥領(lǐng)域)得到廣泛的實(shí)際應(yīng)用。因此,發(fā)展一種無(wú)色透明、生物環(huán)保、可降解、無(wú)污染、穩(wěn)定性高、黏附性強(qiáng)、普適性高且能夠克服聚多巴胺等方法缺點(diǎn)的涂層運(yùn)用于表/界面改性尤為重要。
相轉(zhuǎn)變?nèi)芫?/strong>(Phase-Transited Lysozyme,PTL)最早由陜師大楊鵬教授課題組于2012年提出(Macromol Biosci, 2012, 12(8): 1053?1059),是一類區(qū)別于傳統(tǒng)淀粉樣蛋白質(zhì)聚集的新型類淀粉樣蛋白質(zhì)組裝體系,目前此體系至少包括兩種新穎結(jié)構(gòu)即纖維網(wǎng)絡(luò)和納米薄膜,均可在各類宏觀材料表界面實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定黏附和改性,是一種簡(jiǎn)單、快速、低成本、生物相容的蛋白質(zhì)涂層,可在金屬、無(wú)機(jī)、聚合物和活細(xì)胞等微納米顆粒上成功黏附。課題組不僅系統(tǒng)探討了其組裝機(jī)理(Angew Chem Int Ed 2017, 56: 13440-13444),更實(shí)現(xiàn)了在多種領(lǐng)域的應(yīng)用,特別是在表/界面圖案化、細(xì)胞表面分子工程、表/界面生物礦化、隱秘信息傳輸、分子分離、高效血液透析、藥物緩釋、治療牙本質(zhì)敏感等領(lǐng)域(Adv Mater, 2016, 28(34): 7414-7423;Adv Mater, 2016, 28(3): 579-587;Angew Chem Int Ed, 2017, 56, 9331-9335; Adv Mater, 2018, 30(38): 1802851;Adv Funct Mater, 2018, 28(4): 1704476;Nat Commun, 2018, 9(1): 5443;Adv Mater, 2019, 31, 1803377;Adv Mater, 2019, 31(46): 1903973;Angew Chem Int Ed, 2020, 132(7): 2872-2881;Adv Mater 2020, 2000128)。
相比于之前所報(bào)道的溶菌酶、白蛋白等分子量較小且結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單的蛋白質(zhì),本研究所選的纖維蛋白原是一種分子量大,結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜且自身非特異性吸附強(qiáng)的蛋白質(zhì)。通過一步法,在室溫和水相體系中制備了纖維蛋白原二維納米薄膜,且對(duì)其結(jié)構(gòu)與功能進(jìn)行了初步的探索和控制。結(jié)果表明,涂層穩(wěn)定性好,光學(xué)透明性高,可以穩(wěn)定存在模擬生理液體中,實(shí)現(xiàn)了對(duì)金屬、無(wú)機(jī)非金屬、高分子等材料的表面改性。在生物應(yīng)用方面,纖維蛋白原薄膜是一種超薄抗污涂層,接近于單分子水平的6 nm 厚度即可對(duì)生物體液、蛋白質(zhì)、血小板等生物污染物實(shí)現(xiàn)不同程度的抵抗。另外,該涂層制備方法簡(jiǎn)單,摒棄了復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)和對(duì)蛋白質(zhì)的預(yù)處理等過程。因此,本文所報(bào)道的纖維蛋白原類淀粉樣聚集薄膜有望作為一類新型的生物基材料,應(yīng)用于抗血栓、血管支架涂層、抗污涂層等各類生物醫(yī)藥工程領(lǐng)域。而將這種自身非特異性吸附強(qiáng)的蛋白質(zhì)通過類淀粉樣聚集而轉(zhuǎn)變?yōu)榈挚蛊渌肿臃翘禺愋晕降目刮弁繉拥乃悸,可啟發(fā)我們?nèi)ヌ剿鞲嗷诠δ艿鞍椎念惖矸蹣泳奂w系的抗污機(jī)制。
上述工作以題為“纖維蛋白原類淀粉樣聚集膜的制備及其性能研究”發(fā)表在《高分子學(xué)報(bào)》2020年第8期“慶祝張俐娜院士80華誕專輯”上 (即將出版, 高分子學(xué)報(bào), 2020,51(8), doi: 10.11777/j.issn1000-3304.2020.20051),論文通訊作者是楊鵬教授。該課題得到了國(guó)家自然科學(xué)基金委 (No. 51673112) 等項(xiàng)目的資助。
原文鏈接:https://doi.org/10.11777/j.issn1000-3304.2020.20051
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