来自神经细胞的你——蛋白质基智能材料

晓说

加州大学伯克利分校的科学家从神经细胞中提取了一种蛋白质，并以其为原料制备出一种对环境极其敏感的智能材料。材料科学与生物科学的联姻催生了一种柔性并且敏感的涂料，这种涂料易于大量生产，而且成本非常低。 研究者指出，通过这项研究，我们可以制备出一种新型的生物传感器、心脏瓣膜和可控药物释放系统。包括微流体设备在内的生物医药设备能够处理微小的流量（例如唾液和血液），进而达到诊断的目的。 “这项研究代表了仿生材料、生物分子工程和合成生物学等领域的融合。”Sanjay Kumar博士说道。他来自于加州大学伯克利分校，是生物工程系的一名副教授，同时也是该研究的主要研究员。“我们已经合成了一种智能的蛋白质基材料，这种材料的结构原理是受到了活性细胞中互传网络的启发。” Kumar的研究团队计划合成一种生物涂料，并将其应用于日常的液体产品（如颜料和液态化妆品）中，防止产品中细小颗粒的自动聚集。这种合成涂料经常被称作聚合物毛刷，因为当接触到颗粒表面的时候，这种涂料表面会呈刷毛状。 为了制造这种聚合物毛刷的生物等效物，研究者们对神经细胞中的具有管壁清洁功能的蛋白质进行了观察研究。这种神经纤维丝在神经细胞中呈微小圆柱型的聚合物毛刷，在神经细胞中组成结构网络，撑开神经细胞的一端进而传导电信号。 Kumar说“我们对这种蛋白质进行了改良，并将它转变成蛋白质刷。我们的方法是：克隆一部分基因，这部分基因是控制生成神经丝刷毛的基因，之后，我们重新设计了这部分基因，使其能以精准定位的方式将所得蛋白质附加到表面上，从而在细菌上表达出这种基因并增殖出大量纯净的蛋白质。结果显示，我们制备的‘蛋白质毛刷’具有合成毛刷的所有关键性质，并且还增加了一些其他的优点。” Kumar提到，神经纤维丝是制造蛋白质毛刷的一种优良原料，因为神经纤维丝本质上是一种无序的蛋白质，不具有固定的3D外形。与复杂的合成增殖过程相比，它的尺寸和化学序列是非常容易控制的。 “在生物学中，精准度是至关重要的。”Kumar说道。“蛋白质在合成过程中，每次合成的序列是完全相同的。蛋白质分子的长度和生物化学序列会对其所有的性质产生影响，包括结构特征、和其他分子的结合能力以及对生物化学反应的催化能力。在具有化学合成工具的实验室中，这种序列的精准度是可能得到的，但是是非常困难的。通过利用生物学中的精准性，让细菌细胞为我们完成所有的工作。这样，我们就能控制蛋白质毛刷的长度和序列。” 研究者们提出，蛋白质毛刷可以移植到表面上，由于酸度和盐度的变化，蛋白质毛刷的数量会显著地增多或者减少。因为这种材料会对具体的刺激做出反应，对环境比较敏感，我们称这种材料为智能材料。