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纤维蛋白原类淀粉样聚集膜的制备及其性能研究

杨庆敏, 刘永春, 陈立新, 杨鹏

材料表/界面改性是开发材料高附加值应用的重要环节，无论是在能源、环境、光电和生命科学领域都有着重要的作用。传统的聚合物薄膜表/界面改性，存在合成方法复杂、原料有限和生物相容性差等缺点。鉴于此，越来越多的仿生表/界面改性方法被提出。目前比较新颖的解决问题的策略如下：一是美国西北大学Messersmith课题组于2007年报道的聚多巴胺体系；二是澳大利亚墨尔本大学Caruso 课题组于2013年报道的单宁酸(tannic acid, TA)-铁(III)络合物(Fe III -TA)体系。这两类体系的共同特征是利用了邻苯酚类衍生物的共价键和非共价键(氢键、范德华力、堆积作用力等)作用力实现了其交联聚合和在材料表/界面的黏附性，实现了在多种材料表/界面的功能化和高新技术用途。上述方法的致命缺点是材料改性后的表/界面呈现棕色或者黑色、多巴胺聚合机理复杂、聚合时间长、交联产物生物降解性不明确、涂层稳定性差和涂层表/界面粗糙等。这些缺点导致聚多巴胺等体系尚不能在高新技术领域（特别是在生物医药领域）得到广泛的实际应用。因此，发展一种无色透明、生物环保、可降解、无污染、稳定性高、黏附性强、普适性高且能够克服聚多巴胺等方法缺点的涂层运用于表/界面改性尤为重要。

相转变溶菌酶（Phase-Transited Lysozyme，PTL）最早由陕师大杨鹏教授课题组于2012年提出（Macromol Biosci, 2012, 12(8): 1053−1059），是一类区别于传统淀粉样蛋白质聚集的新型类淀粉样蛋白质组装体系，目前此体系至少包括两种新颖结构即纤维网络和纳米薄膜，均可在各类宏观材料表界面实现稳定黏附和改性，是一种简单、快速、低成本、生物相容的蛋白质涂层，可在金属、无机、聚合物和活细胞等微纳米颗粒上成功黏附。课题组不仅系统探讨了其组装机理（Angew Chem Int Ed 2017, 56: 13440-13444），更实现了在多种领域的应用，特别是在表/界面图案化、细胞表面分子工程、表/界面生物矿化、隐秘信息传输、分子分离、高效血液透析、药物缓释、治疗牙本质敏感等领域（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）。

相比于之前所报道的溶菌酶、白蛋白等分子量较小且结构较为简单的蛋白质，本研究所选的纤维蛋白原是一种分子量大，结构更为复杂且自身非特异性吸附强的蛋白质。通过一步法，在室温和水相体系中制备了纤维蛋白原二维纳米薄膜，且对其结构与功能进行了初步的探索和控制。结果表明，涂层稳定性好，光学透明性高，可以稳定存在模拟生理液体中，实现了对金属、无机非金属、高分子等材料的表面改性。在生物应用方面，纤维蛋白原薄膜是一种超薄抗污涂层，接近于单分子水平的6 nm 厚度即可对生物体液、蛋白质、血小板等生物污染物实现不同程度的抵抗。另外，该涂层制备方法简单，摒弃了复杂的化学反应和对蛋白质的预处理等过程。因此，本文所报道的纤维蛋白原类淀粉样聚集薄膜有望作为一类新型的生物基材料，应用于抗血栓、血管支架涂层、抗污涂层等各类生物医药工程领域。而将这种自身非特异性吸附强的蛋白质通过类淀粉样聚集而转变为抵抗其他分子非特异性吸附的抗污涂层的思路，可启发我们去探索更多基于功能蛋白的类淀粉样聚集体系的抗污机制。

上述工作以题为“纤维蛋白原类淀粉样聚集膜的制备及其性能研究”发表在《高分子学报》2020年第8期“庆祝张俐娜院士80华诞专辑”上 (即将出版, 高分子学报, 2020，51(8), doi: 10.11777/j.issn1000-3304.2020.20051)，论文通讯作者是杨鹏教授。该课题得到了国家自然科学基金委 (No. 51673112) 等项目的资助。

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