基于合成内在无序蛋白优化的高效防污涂层：媲美金表面自组装单层的生物材料创新

本文综述了B-M-E三嵌段蛋白涂层的优化策略，通过筛选合成内在无序蛋白（SynIDPs）作为E嵌段，显著提升金表面防污性能。研究证实IDP3序列[(GAGAIP)3-(GAGEIP)]4的性能媲美四乙二醇封端烷烃硫醇自组装单层（SAM），并有效抑制血清蛋白吸附和大肠杆菌（E. coli）粘附，为生物医学植入物和诊断设备提供可规模化生产的替代方案。

　　

摘要

本研究聚焦于优化三嵌段蛋白B-M-E的防污涂层性能，通过修饰其E嵌段序列——合成内在无序蛋白（SynIDP）。B嵌段负责金表面结合，M嵌段实现三聚化增强附着，E嵌段赋予非污特性。筛选基于高溶解性和构象自由的SynIDP候选序列，最终发现IDP3序列[(GAGAIP)₃-(GAGEIP)]₄在防污性能上媲美金表面四乙二醇封端烷烃硫醇自组装单层（SAM），并显著抑制E. coli粘附达7天。该蛋白可通过细菌表达系统规模化生产，为小分子或合成聚合物涂层提供替代方案。

1 引言

表面污损（fouling）——即蛋白质和细胞的非特异性吸附——对医疗植入物、诊断设备和工业系统产生负面影响。传统方法如杀菌剂因毒性受限，而亲水性合成聚合物刷（如聚乙二醇PEG、两性离子聚合物）虽有效但存在局限性。本研究提出互补策略：利用设计蛋白在金、二氧化硅和聚苯乙烯表面自组装成致密刷层，展示SynIDP。B-M-E蛋白中，B为金结合域，M为三聚化域，E为SynIDP防污块。前期研究探索了亲水性弹性蛋白样多肽（ELP），但本研究通过筛选SynIDP（如两性离子多肽ZIPPs和溶解性标签），优化防污性能。

2 结果与讨论

2.1 设计、合成与表征B-M-E蛋白

B-M-E蛋白结构如图1a所示：B域包含His标签（H₆SSG）、金结合序列（MHGKTQATSGTIQS）和ELP连接子（GSGVP）₃；M域为α-螺旋三聚化域（HR00C32）；E域序列见表1。蛋白经大肠杆菌（E. coli）重组表达纯化，SDS-PAGE和MALDI-TOF质谱验证纯度与分子量（图S1-S2）。尺寸排阻色谱（SEC）显示三聚体结构（图1b），圆二色谱（CD）证实α-螺旋主导（图1c），表明M域正确折叠。

2.2 E嵌