基于重组类节肢弹性蛋白与甲壳素纳米纤维的仿生水合纳米复合材料力学性能研究

《International Journal of Cardiology Congenital Heart Disease》：Soft, bio-inspired chitin/protein nanocomposites – mechanical behavior and interface interactions between recombinant resilin-like proteins and chitin nanofibrils

本刊推荐一项仿生材料前沿研究：通过重组类节肢弹性蛋白（RLP）与甲壳素纳米纤维（ChNF）构建水合纳米复合材料，首次系统阐明甲壳素结合域（ChBD）介导的界面相互作用机制。研究证实含ChBD的RLP对ChNF吸附率超35%，使复合材料在80%含水率下强度提升30倍（达9?MPa），为揭示节肢动物角质层力学强化原理及开发高性能生物医用材料提供新范式。

　　

亮点

材料

化学品和试剂购自Sigma公司，直接使用，包括磷酸钾、磷酸钠、Tris-HCl缓冲液、 terrific broth (TB)培养基、二硫苏糖醇 (DTT)、乙二胺四乙酸 (EDTA) 和Luria broth (LB)培养基。氨苄青霉素储备液浓度为100?mg/mL，卡那霉素为50?mg/mL，异丙基-β-D-硫代半乳糖苷 (IPTG) 为2.38?mg/mL。所有玻璃器皿和培养基在使用前均经过高压灭菌处理。

甲壳素纳米纤维（ChNF）表征

ChNF由龙虾壳制备并表征。

ChNF特性

蛋白质去除可能导致甲壳素脱乙酰化，在剧烈条件下可能发生水解，从而形成聚合物形式的壳聚糖或甲壳素纳米晶体。本研究使用的ChNF基于核磁共振（NMR）测定的脱乙酰度（DA）为86?%，根据茚三酮-氢化茚三酮试剂测试，残留蛋白质含量为4.7?%。通过交叉极化/魔角旋转¹³C NMR分析表明，甲壳素结构保存完好，同时大部分蛋白质已被去除。

结论

本研究首次报道了受昆虫软角质层启发的ChNF/类节肢弹性蛋白纳米复合材料的研究。成功利用重组DNA技术制备了含与不含甲壳素结合域（ChBD）的类节肢弹性蛋白，其产量足以满足材料研究需求。含ChBD的类节肢弹性蛋白（ResChBD）对ChNF表现出强吸附性，吸附量超过ChNF重量的35?%，从而证实ChBD是甲壳素-类节肢弹性蛋白相互作用的分子尺度媒介。纳米复合材料随后经过交联处理...