天然蛋白水凝胶：科研神器 and/or DIY 玩具

高分子凝胶与网络 · 公众号 · · 2024-12-28 11:46

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天然蛋白质 是指在自然界中存在的、由生物体合成的一类生物大分子，是由氨基酸通过肽键连接而成的多肽链，再经过折叠、盘曲形成特定的空间结构，包括一级结构（氨基酸序列）、二级结构（如 α - 螺旋、 β - 折叠等）、三级结构（多肽链的整体三维结构）和四级结构（多个亚基组成的蛋白质复合体结构）。

天然蛋白质的来源包括动物类和植物类，如胶原蛋白、白蛋白、丝素蛋白、溶菌酶、乳清蛋白、大豆分离蛋白等。这些蛋白质是构成生物体的细胞、组织和器官的重要组成部分，如胶原蛋白构成皮肤、骨骼等的结构框架；肌肉中的肌动蛋白和肌球蛋白负责肌肉收缩运动。此外，蛋白质还是具有催化、调节、运输和免疫防御等多种功能，是人类、动物和植物不可或缺的物质。

天然蛋白质在诸多领域有着广泛的应用，如在食品工业大豆蛋白用于制作豆腐、肉制品、乳制品、烘焙食品，改善品质、增加营养；在制药领域生产药用蛋白，如胰岛素、生长激素等治疗糖尿病、生长发育障碍，抗体药物用于癌症、自身免疫病治疗，还可作药物载体提高疗效、降低毒副作用；在化妆品行业添加到护肤品中，如胶原蛋白、丝素蛋白等保湿、紧致肌肤、减少皱纹，增强弹性光泽，还用于护发产品修复受损发质；在皮革工业经过皮革鞣制和整理制成各种皮制品。

天然蛋白质水凝胶 是以天然蛋白质为主要成分或功能单元通过化学交联或物理相互作用形成的水凝胶材料，具有天然蛋白质的诸多优异特性，如生物相容性、可降解性和丰富的结构可调性。近年来，天然蛋白质水凝胶好工作频发，下面是几个例子：

Science ：牛津大学这个团队，专攻液滴水凝胶，继《 Nature 》和《 Nature 》子刊后，再发《 Science 》！

英国牛津大学 Hagan Bayley 教授和张瑜伽博士（一作兼通讯）报道了利用表面活性剂，支持了独立微米级水凝胶液滴自组装，构建各种离子电子模块、电路和生物界面。相关成果以“ Microscale droplet assembly enables biocompatible multifunctional modular iontronics ”为题发表在《 Science 》上。值得注意的是， 2023 年 8 月 30 日，该团队开发了一种微型“液滴水凝胶电池”并发表在《 Nature 》上，而后又于 2024 年 10 月 25 日在《 Nature Chemical Engineering 》上报告了一种基于脂质支持的液滴组装的微型软体柔性锂离子液滴电池。近年来， Hagan Bayley 团队一直专注于开发用于生物医学工程、软植入物和合成组织的多功能智能液滴系统，这也是其继《 Nature 》和《 Nature 》大子刊后的又一重大突破。通过 蛋白修饰 ，成功制备了阳离子选择性和阴离子选择性的丝素水凝胶，使其成为 p 型和 n 型半导体的离子类似物（图 1A ）。其中阳离子选择性水凝胶由丝素与透明质酸 - 酪胺偶联物混合制备，阴离子选择性水凝胶由丝素与聚 -L- 赖氨酸和 1,3- 二甲基咪唑 - 2- 羧酸盐的碳二亚胺偶联制备而成（图 1B ）。这些水凝胶能够固定阴阳离子并保留可移动反离子，展现出良好的离子导电性和生物相容性。经修饰后的丝素蛋白水凝胶显示了紫外 - 可见吸收光谱和电荷选择性（图 1C-1D ）。将液滴水凝胶沉积在含有表面活性剂的油中，会在相互接触后几秒内形成界面双层，能够产生体积小至 0.5 nl ，直径小于 100 mm 的微尺寸液滴。并经紫外线照射后破裂建立离子传导途径，从而激活液滴电子器件（图 1E-1F ）。阳离子和阴离子选择性水凝胶的液滴组合制造出了模块化的液滴电子二极管和晶体管（图 1G ）。

NC ：水凝胶交联对伤口愈合中巨噬细胞、成纤维细胞及相互作用的调节

这篇工作聚焦水凝胶交联对伤口愈合的作用，通过对比软、硬两种交联程度的 GelMA 水凝胶，发现软交联促进细胞浸润与愈合，硬交联致炎且促纤维化。机制上，交联影响巨噬细胞亚群、代谢与吞噬，调节成纤维细胞功能及二者信号传导，为伤口治疗生物材料设计提供重要依据，有望改善伤口愈合效果。

AFM ：通过温度依赖性淀粉样蛋白聚集体 3D 打印蛋白质

陕西师范大学杨鹏教授团队采用一种普遍适用的温度依赖性蛋白质聚集（ TPA ）策略，可以操纵蛋白质链的展开、松弛和重组，从而实现淀粉样蛋白的 3D 打印。内部二硫键的破坏诱导蛋白质的展开和松弛，导致通过作为主要交联点的链缠结形成无定形蛋白质溶胶。这些松弛的蛋白质链通过构象转变进一步聚集，在高温下引发富含β - 折叠结构的类淀粉样蛋白聚集，形成以β - 折叠纳米晶体作为二次交联点的蛋白质凝胶。这种凝胶有利于稳定且精确地基于挤出的具有分层有序结构的蛋白质支架的 3D 打印。这种 3D 打印蛋白质支架的生物医学潜力通过其生物矿化能力以及随后使用大鼠颅骨缺损模型在骨组织再生中的应用得到了初步验证。该策略展示了一种在体外可控蛋白质结构聚集的简便方法，并且在基于蛋白质的支架领域具有巨大潜力。相关成果以“ 3D Printing of Proteins Via Temperature ‐ Dependent Amyloid Aggregation ”为题发表在《 Advanced Functional Materials 》上。

天然蛋白水凝胶 DIY 玩具

在科研领域，天然蛋白凝胶以其独特的分子结构和卓越的性能而备受关注。然而，当我们把目光从高大尚的实验室移开，会惊喜地发现，天然蛋白凝胶还蕴含着另一重温暖而迷人的魅力——它悄然跨界，成为了创意玩具世界里的一颗璀璨新星。

这并非是一种简单的角色转换，而是天然蛋白凝胶多元价值的生动演绎。它宛如一位优雅的“双面佳人”，一面身着科研的白大褂，在微观世界里探寻真理；另一面则换上了充满童趣的彩衣，融入到孩子们欢声笑语的游戏时光中。当它作为玩具时，不仅延续了在科研中所展现出的高品质与安全性，更将那份源于自然的纯净与灵动传递给每一个使用者。它是孩子们手中创意的源泉，能够被塑造成天马行空的各种形状，激发着无尽的想象力与创造力；也是亲子之间情感交流的温馨纽带，让家人围坐在一起，共同享受手工制作的乐趣，在温馨互动中拉近心与心的距离。天然蛋白凝胶，就这样用它的“双面人生”，完美诠释了科学与生活的和谐交融，为我们带来了知识探索与情感体验的双重馈赠，成为了连接理性与感性世界的一座独特桥梁。

经过深入研究，利用天然蛋白凝胶的热可逆溶胶 - 凝胶转变性质，我们开发了天然蛋白凝胶创意画、创意捏捏和创意摆件。采用 食品级原料 ，绿色更安全、生物可降解。制作过程简单快捷，零基础玩家也会有完美体验。我们配套有课程课件和操作流程视频，非常适合科普、研学、亲子、节日、师生互动。个人玩家可以根据自己的想法任意创作，不限于儿童，成人制作时也非常解压，利于身心健康。在办公桌、客厅、床头摆上自己创作的精美艺术品更有成就感哦！

新年马上到了，我们推出“自己动手、财自来”天然蛋白凝胶创意福字（可定制其他）和发财系列凝胶捏捏和摆件，欢迎订购。

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