創(chuàng)造新的蛋白“智能”材料

日期：2015-07-23 11:45:37

科學家在美國加州大學伯克利分校，采取了從蛋白質的神經(jīng)細胞，并用它們來創(chuàng)建一個“智能”材料，也就是它對環(huán)境極為敏感。這成為材料科學和生物學的可能，以靈活，敏感的涂料，很容易和廉價大量制造。

這項工作將發(fā)表10月14日，在雜志自然傳播，可能導致新類型的生物傳感器，流量閥和控制藥物釋放系統(tǒng)，研究人員說。生物醫(yī)學應用包括微流體裝置，可以處理和過程非常小體積的液體，如唾液或血液的樣品，以進行診斷。

“這項工作是仿生材料，生物分子工程和合成生物學領域的一個獨特的融合，”首席研究員博士桑杰庫馬爾，生物工程加州大學伯克利分校副教授說。“我們創(chuàng)造了一類新的智能，蛋白質為基礎的材料，其結構原理由在活細胞中發(fā)現(xiàn)的網(wǎng)絡啟發(fā)。”

庫馬爾的研究團隊著手創(chuàng)建在日常液體產(chǎn)品，如涂料和液體化妝品中，保持小顆粒結塊在一起合成涂層的生物版本。當附著于顆粒表面的合成涂層通常被稱為因為它們刷毛狀外觀的聚合物刷。

要創(chuàng)建一個聚合物刷的生物等效，研究人員轉向神經(jīng)絲，在神經(jīng)細胞中發(fā)現(xiàn)的管道清潔狀蛋白。通過充當微小的，圓柱形的聚合物刷，神經(jīng)絲共同組裝成結構性網(wǎng)絡，有助于保持撐開的神經(jīng)細胞的一端，所以它可進行電信號。

“我們增選這種蛋白質，把它變成一個聚合物刷通過克隆編碼該神經(jīng)絲刷毛中的一個基因的一部分，重整它使得我們可以附加所得的蛋白質在表面以精確的和定向的方式，然后表達該基因的細菌產(chǎn)生的蛋白質，“庫馬爾說。“我們發(fā)現(xiàn)，我們的蛋白電刷具有合成刷所有關鍵特性，加上許多優(yōu)點。”

庫馬爾指出，神經(jīng)絲是很好的候選蛋白質刷，因為它們本質上是無序的蛋白質，如此命名是因為它們不具有固定的3-D形狀。這些毛發(fā)狀蛋白質的大小和化學序列是很容易的當與它們的合成和控制同行相比。

“在生物學上，精度是至關重要的，”庫馬爾說。“該蛋白質序列的長度和生化順序會影響其所有屬性，包括結構和結合其它分子和催化生化反應的能力這種序列精度是困難的如果不是完全不可能達到在使用化學合成的工具實驗室。通過利用生物學的精度并讓細菌細胞做所有工作，我們能夠控制的精確長度是蛋白質刷子的刷毛和序列“。

研究人員發(fā)現(xiàn)，蛋白質刷子可以被移植到表面，他們極大地擴大和反應變化，酸度和鹽度。材料是用這種方法測試對環(huán)境的敏感通常被稱為“智能”材料，因為它們有能力適應地對特定刺激作出反應。