陕西师范大学杨鹏课题组在新型蛋白质基界面材料领域取得重要进展
调控材料表界面化学和物理结构是实现材料用途，特别是实现航天航空、生物医药、新能源等高附加值应用的一个关键环节，其内容是赋予材料表面丰富的化学和物理性能，如亲/疏水、抗腐蚀、生物活性/惰性、微纳米结构、多层/多种材料复合等。而目前所面临的挑战是缺少对高分子（特别是低能惰性表面）、金属和无机都适合的普适性表面改性方法。
针对这一挑战，在国家自然科学基金委的资助下（基金号：21374057, 51303100），陕西师范大学“光子鼻与分子材料”创新团队的杨鹏教授等对天然生物大分子介导的材料表界面功能化进行了深入系统的研究，首次提出了通过操控溶菌酶相转变过程来实现其在各种材料表面的可控组装与黏附，从而提供一种普适和稳定的功能性涂层。由于溶菌酶具有丰富的相变行为、极低的价格、广泛的来源、较其他蛋白质更加高的稳定性、通过FDA批准的无毒性以及良好的水溶性和加工性，因此开发基于溶菌酶的功能性界面材料对于发展绿色、环保和可持续发展的材料新体系具有重要意义。
该方法的提出基于杨鹏教授在2012年的一项独立的原始发现：即只需对溶菌酶的水溶液做一个温和的刺激，如在溶菌酶的中性缓冲溶液中加入一定量的二硫键还原剂三（2-羰基乙基）磷盐酸盐（TCEP），溶菌酶就可以快速发生相转变，并驱动自组装过程而形成纤维网络（Macromol. Biosci. 2012, 12, 1053）。在此基础上，经过两年多的潜心研究，杨鹏课题组成功实现该组装结构在各种材料（无机、有机、金属等）表面的快速吸附，并继而形成稳定和致密的纳米涂层，从而为进一步的功能化或者直接使用奠定了良好基础（Adv. Mater. Interfaces 2015, 2, 1400401，内封面）。例如，杨鹏课题组发现利用溶菌酶涂层表面的正电荷，可对带负电巨型磷脂囊泡实现可控捕获与释放，从而为细胞的捕捉/释放体系建立了一种新的途径（Soft Matter, 2015,11, 3094, 后封面）。
在上述工作的基础上，杨鹏课题组开发出基于溶菌酶相转变涂层的新型超疏水界面材料，并在此平台上简单高效地实现了蛋白质结晶这一具有极高难度和重要价值的工作（Adv. Mater. 2015, DOI: 10.1002/adma.201504769）。超疏水表面由于具有特殊的润湿性能，在诸多领域都有潜在应用前景。然而由于传统方法在实用性上的局限性，开发新型超疏水材料及探索其新的应用仍是科学家们关注的热点与难点。蛋白质结晶是获取蛋白质分子三维结构信息、理解其功能及分子作用机理的有效手段。然而，顺利实现蛋白质结晶具有非常大的难度和挑战性，经常需要长的结晶时间、高的盐浓度以及剧毒结晶诱导剂的使用。因此，如何容易的获得高质量蛋白质晶体是分析生物大分子的结构、进行药物设计和生化研究的瓶颈技术之一。杨鹏课题组巧妙地将上述两个难点合二为一，用基于溶菌酶的蛋白质基超疏水表面成功实现了便捷、高效的蛋白质结晶新技术，不仅为超疏水表面的制备开辟了新的实用方法，同时为蛋白质结晶提供了新的思路。相关论文发表在最新的Advanced Materials上，并被遴选为Advance in Advances （即VIP论文）。在这一研究中，他们通过操控溶菌酶的相转变过程，在各种基材表面形成了具有微纳米尺寸的多孔结构涂层。通过简单的疏水分子修饰，涂层表面就能展现出稳定的超疏水特性。该技术温和环保，可在任意基材表面（如金属、聚合物、无机物等）构筑超疏水涂层。同时，其具有良好的热稳定性和机械稳定性，在-196到200℃的冷热刺激以及胶带撕拉下仍可稳固粘附在基材表面并保持超疏水特性。他们发现在该疏水表面上，通过控制水滴的蒸发过程可实现对水滴的汇聚浓缩。该效应可以在无添加剂、超低浓度（微摩尔量级）以及短时间（几小时）下高效诱导蛋白质晶体的形成。同时，将蛋白质点样技术与蛋白质结晶结合起来，可以在超疏水表面快速获得大规模的晶体阵列。该技术为蛋白质晶体的结晶条件快速排查以及晶体制备提供了一种新方法，在生物医药、结构生物学、光电子学以及表面改性等领域有着巨大的应用价值和前景。
如需进一步了解此工作，可以访问：
http://onlinelibrary.wiley.com/wol1/doi/10.1002/adma.201504769/abstract
MaterialsViews 也评价了我们的工作：
http://www.materialsviews.com/like-crystallizes-like-universal-lysozyme-based-coating-facilitates-protein-crystallization/
以及以下视频链接：
https://www.youtube.com/watch?v=Yr1ggmh77Yw
http://v.youku.com/v_show/id_XMTM5MjczNDkxNg==.html