陜西師范大學楊鵬課題組在新型蛋白質基界面材料領域取得重要進展
調控材料表界面化學和物理結構是實現材料用途，特別是實現航天航空、生物醫藥、新能源等高附加值應用的一個關鍵環節，其內容是賦予材料表面豐富的化學和物理性能，如親/疏水、抗腐蝕、生物活性/惰性、微納米結構、多層/多種材料復合等。而目前所面臨的挑戰是缺少對高分子（特別是低能惰性表面）、金屬和無機都適合的普適性表面改性方法。
針對這一挑戰，在國家自然科學基金委的資助下（基金號：21374057, 51303100），陜西師范大學“光子鼻與分子材料”創新團隊的楊鵬教授等對天然生物大分子介導的材料表界面功能化進行了深入系統的研究，首次提出了通過操控溶菌酶相轉變過程來實現其在各種材料表面的可控組裝與黏附，從而提供一種普適和穩定的功能性涂層。由于溶菌酶具有豐富的相變行為、極低的價格、廣泛的來源、較其他蛋白質更加高的穩定性、通過FDA批準的無毒性以及良好的水溶性和加工性，因此開發基于溶菌酶的功能性界面材料對于發展綠色、環保和可持續發展的材料新體系具有重要意義。
該方法的提出基于楊鵬教授在2012年的一項獨立的原始發現：即只需對溶菌酶的水溶液做一個溫和的刺激，如在溶菌酶的中性緩沖溶液中加入一定量的二硫鍵還原劑三（2-羰基乙基）磷鹽酸鹽（TCEP），溶菌酶就可以快速發生相轉變，并驅動自組裝過程而形成纖維網絡（Macromol. Biosci. 2012, 12, 1053）。在此基礎上，經過兩年多的潛心研究，楊鵬課題組成功實現該組裝結構在各種材料（無機、有機、金屬等）表面的快速吸附，并繼而形成穩定和致密的納米涂層，從而為進一步的功能化或者直接使用奠定了良好基礎（Adv. Mater. Interfaces 2015, 2, 1400401，內封面）。例如，楊鵬課題組發現利用溶菌酶涂層表面的正電荷，可對帶負電巨型磷脂囊泡實現可控捕獲與釋放，從而為細胞的捕捉/釋放體系建立了一種新的途徑（Soft Matter, 2015,11, 3094, 后封面）。
在上述工作的基礎上，楊鵬課題組開發出基于溶菌酶相轉變涂層的新型超疏水界面材料，并在此平臺上簡單高效地實現了蛋白質結晶這一具有極高難度和重要價值的工作（Adv. Mater. 2015, DOI: 10.1002/adma.201504769）。超疏水表面由于具有特殊的潤濕性能，在諸多領域都有潛在應用前景。然而由于傳統方法在實用性上的局限性，開發新型超疏水材料及探索其新的應用仍是科學家們關注的熱點與難點。蛋白質結晶是獲取蛋白質分子三維結構信息、理解其功能及分子作用機理的有效手段。然而，順利實現蛋白質結晶具有非常大的難度和挑戰性，經常需要長的結晶時間、高的鹽濃度以及劇毒結晶誘導劑的使用。因此，如何容易的獲得高質量蛋白質晶體是分析生物大分子的結構、進行藥物設計和生化研究的瓶頸技術之一。楊鵬課題組巧妙地將上述兩個難點合二為一，用基于溶菌酶的蛋白質基超疏水表面成功實現了便捷、高效的蛋白質結晶新技術，不僅為超疏水表面的制備開辟了新的實用方法，同時為蛋白質結晶提供了新的思路。相關論文發表在最新的Advanced Materials上，并被遴選為Advance in Advances （即VIP論文）。在這一研究中，他們通過操控溶菌酶的相轉變過程，在各種基材表面形成了具有微納米尺寸的多孔結構涂層。通過簡單的疏水分子修飾，涂層表面就能展現出穩定的超疏水特性。該技術溫和環保，可在任意基材表面（如金屬、聚合物、無機物等）構筑超疏水涂層。同時，其具有良好的熱穩定性和機械穩定性，在-196到200℃的冷熱刺激以及膠帶撕拉下仍可穩固粘附在基材表面并保持超疏水特性。他們發現在該疏水表面上，通過控制水滴的蒸發過程可實現對水滴的匯聚濃縮。該效應可以在無添加劑、超低濃度（微摩爾量級）以及短時間（幾小時）下高效誘導蛋白質晶體的形成。同時，將蛋白質點樣技術與蛋白質結晶結合起來，可以在超疏水表面快速獲得大規模的晶體陣列。該技術為蛋白質晶體的結晶條件快速排查以及晶體制備提供了一種新方法，在生物醫藥、結構生物學、光電子學以及表面改性等領域有著巨大的應用價值和前景。
如需進一步了解此工作，可以訪問：
http://onlinelibrary.wiley.com/wol1/doi/10.1002/adma.201504769/abstract
MaterialsViews 也評價了我們的工作：
http://www.materialsviews.com/like-crystallizes-like-universal-lysozyme-based-coating-facilitates-protein-crystallization/
以及以下視頻鏈接：
https://www.youtube.com/watch?v=Yr1ggmh77Yw
http://v.youku.com/v_show/id_XMTM5MjczNDkxNg==.html