基于DOPA的超分子多肽材料的制备与研究

作     者：王天阔 

作者单位：南京大学 

学位级别：硕士

导师姓名：曹毅

授予年度：2018年

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

主      题：贻贝足丝蛋白 多巴 原子力显微镜 单分子力谱技术 协同性吸附 水凝胶 细胞黏附 

摘      要：海洋生物贻贝可以在海水中自由的黏附于各种礁石,船舶等物体表面而不会脱落,这主要是依靠它的足丝的强大的黏附能力。研究表明,贻贝足丝之所以能有如此强大的黏附能力,与其足丝蛋白中所含有的一个重要的氨基酸有关,即L-Dopa(左旋多巴)。基于这一结论,关于多巴黏附机制的探究以及多巴相关的高分子材料和黏附剂的发展与应用便迅速成为了生物仿生材料领域一个非常热门的研究方向。人们希望通过对于多巴的探索,揭示贻贝足丝蛋白黏附能力的具体作用机制,并能够帮助设计生产出新型的仿生材料和具有高度环境适应性的生物黏附剂。论文主要分为了四章,在第一章中,我们主要介绍了本文所论述的问题的背景知识,包括多肽自组装机制和多肽自组装水凝胶的发展,贻贝足丝蛋白以及L-Dopa的相关知识,并将二者结合,介绍了目前多巴在多肽自组装材料体系中的一些应用与发展现状,以及未来的研究前景。最后简要介绍了一下整个实验中所用到的基于原子力显微镜的单分子力谱技术。在第二章中,我们具体研究了多巴与正电荷协同性吸附的作用机理。在贻贝足丝蛋白中,除了多巴之外,还含有很多带有正电荷的赖氨酸,多巴与赖氨酸的正电荷之间存在着协同性吸附的效果,但是这种效果的具体作用原理仍需进一步研究和探索。我们首先是合成了两种二肽,分别是赖氨酸氨基侧链受保护的赖氨酸-多巴和多巴-赖氨酸,对照组则是通过化学手段脱去保护基的赖氨酸-多巴和多巴-赖氨酸。然后将它们修饰到针尖上,利用单分子力谱技术测试这些二肽分子和云母以及二氧化钛基板之间相互作用强度的大小。实验结果表明,赖氨酸侧链氨基所带的正电荷确实可以和多巴产生协同性吸附的效果,并且这种协同性吸附效果和分子内的受力分布有关。我们的研究结果解释了贻贝足丝蛋白中的多巴和赖氨酸所带正电荷的协同性吸附,为制作新型人工超分子材料提供了一些新的启示。第三章则介绍了含多巴的超分子多肽水凝胶黏附能力的研究与应用。我们知道多巴是贻贝足丝蛋白能够行使黏附功能的一个重要组成部分。现今的科学研究中也有越来越多的科学工作者开始利用多巴来制备新型人工黏附剂,本章所讨论的内容就是基于此设计了一种含多巴的超分子多肽水凝胶,并利用单分子力谱技术测试了其黏附性能以及和细胞之间的相互作用强度,实验结果表明,含多巴的超分子水凝胶具有非常优异的黏附性能并且对细胞也有很好的黏附效果。随后我们就此结果进行了细胞黏附与释放的应用实验,结果表明含多巴的超分子水凝胶可以很好的吸附细胞,甚至优于一些生物黏附剂,并且只需改变环境pH即可释放细胞,整个过程也不会对细胞的活性产生影响。本章的研究结果展示了含多巴的超分子水凝胶优异的黏附能力以及它在细胞运载方面的巨大应用前景,同时为研制新型细胞运载材料提供了启示。最后,我们对以上所有工作做了一个总结并探讨了这个领域的未来发展前景。