【儀表網 儀表研發】5月18日，中國海洋大學海洋生命學院海洋生物遺傳與育種教育部重點實驗室方宗熙薩斯研究中心劉偉治團隊與中國科學院深圳先進技術研究院鐘超團隊/劉志遠團隊，在《自然-通訊》(Nature Communications)上，在線發表了題為Extensible and self-recoverable proteinaceous materials derived from Scallop Byssal Thread的論文。該成果是扇貝足絲蛋白仿生材料研究領域的重要進展。
生物仿生材料是材料領域的研究熱點和難點。多年來，為彌補當前組織修復材料、柔性傳感器和可穿戴設備材料在濕環境下延伸性差、恢復性差等不足，科研團隊聚焦于濕環境下具有高延展性的扇貝足絲的研究，克服了天然材料提取表征困難等技術難題，在扇貝足絲蛋白中首次報道了一種具有高延展性的纖維蛋白材料Sbp5-2，并聯合開展了材料組裝機制及應用研究。該研究加深了對蛋白基海洋生物材料組裝分子機制的認識，為未來開發具有自主知識產權的新型海洋生物醫用生物材料奠定了基礎。
研究對扇貝足絲結構和機械性能進行表征發現，其在濕環境下延伸性能可達327±32%(圖1a)，超過多數天然的生物纖維(圖1b)。研究觀察足絲纖維部(圖1c)微觀結構發現，足絲纖維由折疊的片層組成，且富含β-sheet結構(圖1d)。基于多組學技術在足絲纖維部篩選出關鍵蛋白組分Sbp5-2(圖1e)，該蛋白具有顯著的序列特點即含有多個重復模塊(TRM)且富含Cys(圖1f)。體外重組表達該蛋白的重復模塊序列制備了仿扇貝足絲的重組蛋白纖維(圖1g-j)。
體外重組蛋白纖維的力學性質和組裝機制研究表明：重組絲具有扇貝足絲的層級結構和力學性能，具有顯著的延展性和自恢復能力(圖2a-d)；機制研究發現氫鍵、金屬羧基配位和二硫鍵為主的分子間交聯對rTRM7纖維的延伸性和自恢復能力有調控作用：纖維內部水分子起到增塑作用從而提高纖維的延伸性，二硫鍵的存在可顯著增強其拉伸強度同時降低其延伸性，Ca2+與蛋白的羧基形成配位鍵，且提高了蛋白分中β-sheet含量，從而提高重組蛋白纖維的拉伸強度(圖2e-j)。
為了探索高延伸性重組蛋白纖維在生物醫學領域的應用，研究將石墨烯嵌入蛋白纖維中制備出同時具有高延伸性和高導電性能的纖維e-rTRM7(圖3a-d)。蛋白纖維e-rTRM7具有良好的細胞相容性，且在作為應變傳感器和電生理信號傳輸電極方面頗具應用潛力(圖3e-i)。
研究工作得到國家自然科學基金、深圳先進院開放課題項目及深圳合成生物創新研究院項目的支持。北京航空航天大學、清華大學，上海同步輻射光源的科研人員參與研究。部分成果已申請新材料專利。
圖1.扇貝足絲機械性能與結構以及重組蛋白纖維制備
圖2.重組蛋白纖維rTRM7機械性能及其調控機制
圖3.導電e-rTRM7纖維作為應變傳感器和電信號傳輸電極的應用
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