[发明专利]具有集成的基因可编程功能的基于淀粉样蛋白的基础构建材料

说明书

一种材料制造方法，包括：(a)由包含稳定在液体溶剂中的淀粉样蛋白单体的可编程淀粉样蛋白材料(PAM)油墨制造结构；和(b)使所述结构与引发淀粉样蛋白单体聚合和结构稳定的试剂接触。

简介

各种行业的研究人员不断寻求新的软材料，包括仿生材料，其提供功能灵活性并且可以使用标准制造技术将其制成有用的结构。在材料科学领域中受到相当多研究关注的一些流行的仿生和生物材料尤其包括肽、脂质、DNA、丝和噬菌体外壳蛋白，其各自都有自身的属性和局限。例如，肽、脂质和DNA可以用于可编程组装，但不适用于基于蛋白结构域的功能的基因工程。供选择地，丝和噬菌体外壳蛋白适合与多种制造技术如光刻、印刷和纺丝一起使用，并且原则上适合于基因工程功能。但是，应用受到了限制，并且由这些材料构建的结构通常无法提供强的长期稳定性，尤其是在苛刻条件下。

天然生物膜可以高度地抵御苛刻的环境条件，并且细菌生物膜为生物材料的探索提供了丰富的资源。组成这些膜的组分的关键功能属性之一是它们跨多个空间尺度自组装成复杂且有序的分层结构的固有能力。例如，Curli是一类由自组装的CsgA蛋白单体构建的高度聚集的分泌型细胞外细菌淀粉样蛋白纤维，并且参与表面定植和生物膜形成。Curli富含β折叠，非常牢固，可以帮助细菌粘附至各种表面并抵御环境损害。功能性淀粉样蛋白材料相对于噬菌体外壳功能性材料的理论优势在很大程度上源于形成其β折叠的氨基酸的特定化学组成。具体地，最终形成淀粉样蛋白聚合物的单体蛋白大量地富含丝氨酸、丙氨酸、甘氨酸、天冬酰胺和谷氨酸，这些氨基酸易于形成复杂的氢键网络；已知这些氢网络是淀粉样蛋白生物膜高度抵御苛刻条件的主要来源。在这里，我们利用淀粉样蛋白单体的自组装能力来生成一类新的功能性生物材料，我们将其称为可编程淀粉样蛋白材料(PAM)。

发明概述

本发明提供包含可编程淀粉样蛋白材料(PAM)的组合物，以及相关的制造和使用方法。

在一个方面，本发明提供一种材料制造方法，所述方法包括：(a)由包含稳定在液体溶剂中的淀粉样蛋白单体的可编程淀粉样蛋白材料(PAM)油墨制造结构；和(b)使所述结构与引发淀粉样蛋白单体聚合和结构稳定(固化)的试剂接触。

在实施方案中：

-所述制造步骤包括微转移模塑、压花、旋涂、浸涂、静电纺丝、喷涂、刷涂、光刻、静电纺丝等。

-所述淀粉样蛋白单体是CsgA、FUS、TDP、TasA等。

-所述单体例如在(例如，CsgA的)C和/或N末端被一个或多个官能团官能化，所述官能团包括活性酶，异肽标签系统如Spy标签，细胞亲和标签如RGD，或其他功能性肽如抗菌肽，细胞增殖或分化，无机纳米颗粒的模板化生长。

-所述溶剂是极性溶剂，如HFIP、TFA等，其充当强氢键给体，并且通过氢键破坏来增溶淀粉样蛋白，但是作为弱的氢键受体起作用，并且不与淀粉样蛋白单体形成键，其中所述溶剂可以随时间推移溶解淀粉样蛋白结构并破坏β折叠结构。

-所述固化剂是醇，如甲醇、乙醇、异丙醇和PEG，H₂O(包括缓冲液KPI、PBS、Tris)，其可以引发内在淀粉样蛋白组装但维持所产生的结构的原始形态。

-所述接触(固化)步骤包括两步固化：在气相中与第一固化剂的第一接触，以及在液相中与第二固化剂的第二接触，其中所述第一和第二固化剂优选是相同的。对于具有非图案化结构的PAM涂层，在溶液中的一步固化通常就足够；但是，两步固化(蒸气然后溶液)是优选的，特别是对于PAM图案化结构。为了用其他试剂(例如ddH₂O、KPI缓冲液或异丙醇)固化图案化结构，两步固化方法也是优选的；但是，与使用甲醇蒸气加上(coupled with)甲醇浸入的固化相比，该固化通常需要更长的时间，因为与甲醇相比，H₂O和异丙醇的挥发性较小。