5月18日，中國(guó)海洋大學(xué)海洋生命學(xué)院海洋生物遺傳與育種教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室方宗熙薩斯研究中心劉偉治團(tuán)隊(duì)、中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院鐘超團(tuán)隊(duì)以及劉志遠(yuǎn)團(tuán)隊(duì)的合作成果發(fā)表于《自然—通訊》。研究團(tuán)隊(duì)經(jīng)過多年研究，在扇貝足絲蛋白仿生材料研究領(lǐng)域取得重要研究進(jìn)展。

生物仿生材料一直是材料領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)和難點(diǎn)。為彌補(bǔ)當(dāng)前組織修復(fù)材料、柔性傳感器和可穿戴設(shè)備材料在濕環(huán)境下延伸性差、恢復(fù)性差等不足，研究團(tuán)隊(duì)多年來聚焦在濕環(huán)境下具有高延展性的扇貝足絲，克服了天然材料提取表征困難等技術(shù)難題，從扇貝足絲蛋白中首次報(bào)道了一種具有高延展性的纖維蛋白材料Sbp5-2，并聯(lián)合開展了材料組裝機(jī)制及應(yīng)用研究，該研究加深了對(duì)蛋白基海洋生物材料組裝分子機(jī)制的認(rèn)識(shí)，為未來開發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新型海洋生物醫(yī)用生物材料奠定了基礎(chǔ)。

研究人員首先對(duì)扇貝足絲結(jié)構(gòu)和機(jī)械性能進(jìn)行表征，發(fā)現(xiàn)其在濕環(huán)境下延伸性能可達(dá)自身尺寸的三倍長(zhǎng)，超過了絕大多數(shù)天然的生物纖維。通過對(duì)足絲纖維部微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)足絲纖維由折疊的片層組成，并且富含β-sheet結(jié)構(gòu)。研究團(tuán)隊(duì)基于多組學(xué)技術(shù)從足絲纖維部篩選出關(guān)鍵蛋白組分Sbp5-2,該蛋白具有顯著的序列特點(diǎn)，即含有多個(gè)重復(fù)模塊（TRM）并且富含半胱氨酸。此外，團(tuán)隊(duì)通過體外重組表達(dá)該蛋白的重復(fù)模塊序列成功制備了仿扇貝足絲的重組蛋白纖維。

該研究表明，重組絲具有扇貝足絲的層級(jí)結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能，具有顯著的延展性和自恢復(fù)能力；研究人員通過機(jī)制研究發(fā)現(xiàn)氫鍵、金屬羧基配位和二硫鍵為主的分子間交聯(lián)對(duì)rTRM7纖維的延伸性和自恢復(fù)能力有調(diào)控作用，即纖維內(nèi)部水分子起到增塑作用從而提高纖維的延伸性，二硫鍵的存在可以顯著增強(qiáng)其拉伸強(qiáng)度同時(shí)降低其延伸性，鈣離子與蛋白的羧基形成配位鍵，并且提高了蛋白分中β-sheet含量，從而提高重組蛋白纖維的拉伸強(qiáng)度。

為了探索高延伸性重組蛋白纖維在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用，研究人員將石墨烯嵌入蛋白纖維中制備出同時(shí)具有高延伸性和高導(dǎo)電性能的纖維e-rTRM7, 蛋白纖維e- rTRM7具有非常良好的細(xì)胞相容性，并且在作為應(yīng)變傳感器和電生理信號(hào)傳輸電極方面具有非常大的應(yīng)用潛力。據(jù)了解，目前部分研究成果已申請(qǐng)新材料專利。

相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-022-30415-3