受生物启发的溴化反应能够制备出具有可扩展性、抗拉伸性能的弹性肽支架，并实现其降解特性的调控

《Advanced Functional Materials》：Bioinspired Bromination Enables Extensible, Strain-Stiffening Resilin Peptide Scaffolds with Tunable Degradation

本研究开发了一种新型溴化肽（BR肽）-明胶复合电纺支架，通过溴原子引入显著提升了材料的力学性能（应变>50%时模量增加两倍）、抗蛋白酶解能力和抗氧化活性，同时保持良好的生物相容性。该材料具有应变 stiffening 特性和高恢复率，适用于软组织工程和可穿戴设备。

　　本研究探讨了一种基于溴化肽的新型电纺纳米纤维支架的制备及其在功能材料领域的应用潜力。通过将来源于弹性蛋白的肽SDSY(3,5Br)GAP（简称BR肽）与明胶基质结合，研究人员成功开发出一种兼具机械性能与生物功能的新型材料。这种材料不仅具有良好的弹性模量和恢复性能，还展现出优异的抗蛋白酶降解能力以及显著的抗氧化活性，为软组织工程、智能纺织品和可穿戴柔性执行器等应用提供了全新的思路。

电纺技术作为一种高效的纳米纤维制造手段，因其高比表面积、高孔隙率以及结构可调性，在生物医学、环境治理、能源存储和可持续包装等领域展现出广阔的应用前景。然而，传统天然聚合物如蛋白质和多糖在电纺过程中常常面临溶解性差、溶液粘度高以及批次间差异等问题，限制了其在实际应用中的表现。为了解决这些问题，研究者们越来越多地关注于短肽（<10 kDa）的设计与合成，这类短肽具有较低的溶液粘度、较少的聚集倾向以及更强的化学可调性，使得其在电纺过程中更容易形成结构均匀的纤维。

BR肽作为研究的核心材料，其设计灵感来源于自然界中弹性蛋白的结构特性。通过在酪氨酸残基上引入溴原子，研究人员发现BR肽能够形成具有自我组装能力的弹性材料，并表现出优异的机械性能。这种结构上的修饰不仅增强了肽的自组装能力，还赋予其特殊的力学行为，例如在受到拉伸时展现出显著的应变硬化特性。这种特性在自然界的软组织中较为常见，例如血管和肺组织，在中等应变范围内即可表现出明显的刚度变化。然而，这种性能在未溴化的WR肽中并不存在，说明溴原子在调控材料性能方面起到了关键作用。

在实验中，研究人员通过调整BR肽与明胶的配比（如70% BR肽/30%明胶），制备出具有优异机械性能的复合支架。这些支架不仅在低应变范围内表现出良好的延展性，而且在高应变下能够显著提升模量，达到约1 MPa。这种机械性能的提升使其在模拟生物组织特性方面具有重要价值，尤其是在心血管组织工程中，要求材料能够在重复的中等变形下保持结构稳定性和适当的力学反馈。同时，支架的结构也显示出良好的均匀性和连续性，有助于提高其在实际应用中的可靠性和功能性。

除了机械性能，BR肽还展现出优异的生物相容性。研究人员通过体外细胞实验评估了其对内皮细胞的影响，结果显示BR7和WR7支架均能支持细胞的代谢活动和生长，且细胞存活率均超过70%。此外，通过细胞密度分析和活/死染色实验，进一步验证了支架在长期培养中的生物友好性。这种良好的细胞相容性为BR肽在生物医学领域的应用提供了重要依据，尤其是在需要与人体组织直接接触的场合。

值得注意的是，BR肽还表现出显著的抗氧化能力。通过ABTS自由基清除实验和FRAP还原力实验，研究人员发现BR肽在生理pH值（pH 7.4）和酸性环境（pH 3.6）下均能有效清除自由基，显示出比纯明胶更高的抗氧化活性。这种特性可能来源于BR肽中高含量的酪氨酸残基，其酚羟基具有较强的自由基清除能力。而在酸性条件下，溴化酪氨酸的低pKa值可能进一步增强了其抗氧化能力。这些特性对于材料在生物体内长期使用具有重要意义，尤其是在面对氧化应激或环境降解的场景中。

此外，BR肽的结构稳定性在蛋白酶降解测试中也得到了验证。在模拟体内条件（37°C，98%湿度）下，BR7支架在24小时内仅发生约41%的重量损失，而纯明胶支架几乎完全降解。这种显著的抗降解能力表明，BR肽能够有效抵抗酶解作用，延长材料的使用寿命。尽管BR7支架在7天后会完全降解，但其降解速率明显低于纯明胶，显示出溴化修饰在提升材料耐久性方面的潜力。

研究还发现，BR肽的结构在电纺过程中发生了变化。通过傅里叶变换红外光谱（FTIR）和透射电子显微镜（TEM）等分析手段，研究人员观察到BR肽在电纺过程中形成了更多的β-转角结构，而这种结构在自组装过程中并未出现。这表明电纺过程中施加的高电压和快速溶剂蒸发能够诱导肽结构的转变，形成一种不同于自组装的构型。而这种结构转变可能有助于增强材料的机械性能，例如提高其模量和延展性。

在细胞实验中，研究人员还发现，BR7支架在细胞直接接触测试中表现出略低于WR7支架的细胞存活率，但仍然在可接受范围内。这可能与BR肽中溴原子的存在对细胞生长环境的影响有关，但并未显著影响其整体生物相容性。此外，BR7支架在细胞密度和细胞分布方面表现良好，尤其是在21天的长期培养中，细胞在支架表面均匀分布并显示出良好的增殖能力，进一步验证了其在组织工程中的潜力。

研究结果表明，通过溴化特定氨基酸残基，可以有效调控肽基材料的机械性能和生物功能。这种策略不仅能够提升材料的力学强度和延展性，还能增强其抗降解能力和抗氧化活性，使其在复杂生物环境中具有更长的使用寿命和更广泛的应用前景。与传统合成材料相比，BR肽支架在机械性能和生物相容性方面表现出更接近天然组织的特性，从而为开发具有生物活性的仿生材料提供了新的方向。

该研究的创新之处在于首次将短肽作为主导成分，通过电纺技术制备出具有类组织机械性能的复合材料。这种材料的制备方法不仅简化了传统多组分支架的复杂性，还提高了其可加工性和稳定性。同时，BR肽的结构特性使其能够在不同应变条件下表现出良好的弹性恢复能力，这在需要材料具备可变形性和回弹性的应用场景中具有重要价值。

综上所述，本研究为肽基材料的性能调控提供了一种新的策略，即通过卤素修饰（如溴化）来增强其机械性能和生物功能。这种策略不仅适用于软组织工程，还可能拓展至智能纺织品、可穿戴柔性机器人和柔性电子器件等新兴领域。通过结合电纺技术与卤素修饰，研究人员成功开发出一种兼具机械韧性、生物相容性和环境适应性的新型材料，为未来生物医学材料的开发和应用提供了重要的理论基础和实验依据。