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  利用生物大分子進(jìn)行材料的表面/界面修飾及官能化在提高材料的生物相容性和生物活性方面至關(guān)重要，比如細(xì)胞培養(yǎng)和診斷工具、藥物輸送、生物材料和再生醫(yī)學(xué)。作為生命的功能分子，蛋白質(zhì)可以執(zhí)行廣泛的功能，并可以通過(guò)基因工程對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行精確編輯。然而，要充分利用蛋白質(zhì)的力量，需要一種溫和高效且生物相容方法來(lái)將其加工成固定形式而不損害其天然結(jié)構(gòu)和功能。經(jīng)過(guò)過(guò)去幾十年的發(fā)展，層層組裝（LbL）技術(shù)已經(jīng)成為非常成熟的構(gòu)建功能薄膜和表面處理的手段。蛋白質(zhì)對(duì)環(huán)境和加工條件非常敏感，將其固定到表面時(shí)可能發(fā)生聚集、變性、沉淀等問(wèn)題。因此，通過(guò)層層組裝制備含生物大分子特別是蛋白質(zhì)的多功能生物界面，并使其像在溶液中一樣發(fā)揮功能，仍然具有一定的難度。而且，在過(guò)去的研究中，人們通常只將蛋白質(zhì)作為組裝的成分之一，或者利用高度帶電的蛋白質(zhì)的靜電復(fù)合組裝，這樣得到的多層結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性有限或可能因折疊結(jié)構(gòu)被破壞而損失蛋白質(zhì)的獨(dú)特功能。

  最近，北京大學(xué)張文彬教授課題組、安陽(yáng)工學(xué)院魏靜靜博士以及香港科技大學(xué)孫飛教授課題組三方緊密合作，利用蛋白質(zhì)分子之間特有的高效生物相容的諜反應(yīng)（圖1）制備出全蛋白質(zhì)共價(jià)結(jié)合層層組裝多層膜。通常情況下，當(dāng)使用單一類型化學(xué)連接手段進(jìn)行層層組裝時(shí)，因?yàn)榄h(huán)狀結(jié)構(gòu)的形成或者反應(yīng)對(duì)由于空間位阻等因素?zé)o法充分接觸等原因，反應(yīng)位點(diǎn)將呈現(xiàn)逐層減少的趨勢(shì)，從而使多層結(jié)構(gòu)在增長(zhǎng)了2-3個(gè)單層后停止生長(zhǎng)（圖2a）。該團(tuán)隊(duì)通過(guò)將組裝基元寡聚化，形成3D的反應(yīng)簇（圖2b），實(shí)現(xiàn)多價(jià)協(xié)同作用，巧妙地保證了多層膜的穩(wěn)定生長(zhǎng)。

圖1. 諜反應(yīng)原理：諜標(biāo)簽與諜捕手生成異肽鍵。

圖2. 多層膜的增長(zhǎng)示意圖。

  生物系統(tǒng)中的許多過(guò)程都始于界面識(shí)別，受到生物界面上各種外部刺激的極大影響。借鑒生命體的識(shí)別與組裝原理實(shí)現(xiàn)蛋白質(zhì)多層次多功能的組裝，制備具有高效刺激響應(yīng)性和良好生物相容性的多功能生物界面顯得尤為重要。其中光是一種理想的調(diào)控生物分子行為的手段，它可以實(shí)現(xiàn)更高時(shí)間和空間精度的控制，并且在很大程度上減少對(duì)生物體系的傷害。該團(tuán)隊(duì)在全蛋白層層組裝多層膜內(nèi)引入光響應(yīng)基團(tuán)CarHC（CarH蛋白的C-末端結(jié)構(gòu)域），利用其在黑暗條件下與腺苷鈷胺素（AdoB12）結(jié)合后四聚化，而在光照條件下（<530nm）又可改變其聚集狀態(tài)的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)多層膜內(nèi)負(fù)載蛋白質(zhì)分子的快速高效釋放（圖3）。生物表界面狀態(tài)的光控調(diào)節(jié)具有非常重要的實(shí)用意義。全蛋白體系從原理上保證了生物蛋白類藥物、細(xì)胞等活性的無(wú)損引入，在藥物遞送、生物電催化以及蛋白質(zhì)和細(xì)胞的可逆吸附和抗吸附等方面顯示出極大的潛能。

圖3. 全蛋白多層膜在光照條件下高效釋放蛋白質(zhì)分子。

  以上成果發(fā)表在ACS Macro Letters, 2018, 7, 514-518 (DOI: 10.1021/acsmacrolett.8b00147) 上，論文的第一作者為安陽(yáng)工學(xué)院魏靜靜博士，通訊作者為北京大學(xué)張文彬教授和香港科技大學(xué)孫飛教授。

  論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsmacrolett.8b00147