工程蛋白质纤维具有可调的蛋白质结构和出色的机械性能，是一种应用前景广阔的生物材料。然而，要同时获得满意的机械性能和环境耐受性（尤其是在极端酸性条件下），在分子水平上仍具有挑战性。淀粉样肽很容易组装成高度有序的β片状结构，这种结构可以通过配位 Cu2+ 得到进一步加强，而柔性 ELP 模块则可以形成基于亚胺的交联网络。这些双重网络协同增强了纤维的机械性能，使其具有很高的拉伸强度和韧性，压倒了许多已报道的重组双螺旋纤维。

近日，清华大学张洪杰团队报道了由刚性淀粉样肽和柔性阳离子弹性蛋白（ELP）模块组成的嵌合蛋白人工纤维的构建。相关成果以“Modular Protein Fibers with Outstanding High-Strength and Acid-Resistance Performance Mediated by Copper Ion Binding and Imine Networking”发表在《Advanced Materials》上。

图1. 高性能蛋白质纤维的设计与制备及其在胃穿孔治疗中的应用

Cu2+ 与丝氨酸残基的配位形成了第一个网络，从而稳定了椭圆形片状结构，而戊二醛（GA）与赖氨酸残基的缩合则建立了第二个亚胺网络，从而促进了纤维的形成。引入的双重交联网络赋予了所制成的纤维优异的极限拉伸强度和韧性，以及非凡的耐酸性能。高机械性能、强大的耐酸性和良好的生物相容性，使这种纤维可用作治疗胃穿孔的缝合线。这些双层网络协同增强了纤维的机械性能，使其具有很高的拉伸强度和韧性，压倒了许多已报道的重组纤维。这项工作强调了在分子水平上定制双层网络，从而为各种应用场景创造出量身定制的高性能蛋白质纤维。

图2. 体内应用 KACu 缝合线治疗胃穿孔

值得注意的是，与环境适应性差的传统重组蛋白纤维和天然丝形成鲜明对比的是，本蛋白纤维在极端环境下表现出机械稳定性，即使在 pH = 1 的条件下也能保持 85% 以上的原有机械性能。出色的机械性能和低细胞毒性使其具备了生物医学应用的潜力，尤其是在治疗胃穿孔方面。我们的策略为通过精确调节功能蛋白质模块之间的组装和相互作用来获得具有更好机械性能和个性化功能的蛋白质纤维提供了一个绝佳的途径。这种通过工程化双网络的模块化蛋白质组装策略可应用于具有多种功能（如耐热性、抗冻性和抗疲劳性）的各种融合蛋白质材料，从而极大地拓展了蛋白质材料在复杂环境中的多场景应用。

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202400544