水凝膠由刺激敏感聚合物組成,由于其可調特性,因此是最具吸引力的分子支架之一,因為其多功能性允許在組織工程、藥物傳遞和其他生物醫學領域的應用。

多肽和蛋白質作為構建材料越來越受歡迎,因為它們可以在刺激下自組裝成納米顆?;蚣{米纖維等納米結構,從而實現凝膠化——形成可以捕獲水和小分子的超分子水凝膠。為了制造這種智能生物材料,工程師們正在開發能夠對包括熱在內的多種刺激做出反應的系統。盡管熱敏水凝膠是一類被廣泛研究和理解的蛋白質生物材料,但據報道,在包括pH值、光、離子強度、氧化還原以及添加小分子在內的刺激響應性方面也取得了重大進展。

紐約大學Tandon工程學院的一組研究人員之前曾報道過一種使用螺旋線圈蛋白Q形成的響應性水凝膠,他們擴展了他們的研究,以確定Q蛋白在不同溫度和pH條件下的凝膠化。這項名為“Self-assembly of stimuli-responsive coiled-coil fibrous hydrogels”的研究發表在英國皇家化學學會的《Soft Matter》雜志上。

Jin Kim Montclare是紐約大學朗格尼健康學院(NYU Langone Health)和紐約大學牙科學院(NYU College of Dentistry)的化學和生物分子工程教授,與第一作者Michael Meleties、博士生Dustin Britton、博士后助理Priya Katyal和本科研究助理Bonnie Lin共同指導了這項研究。

通過透射電鏡、流變學和結構分析,他們觀察到Q自組裝并形成具有上臨界溶液溫度(UCST)行為的纖維基水凝膠,在pH 7.4和pH 10時彈性性能增加。然而,在pH值為6時,Q會形成多分散的納米顆粒,這些納米顆粒不會進一步自組裝并發生凝膠化。在pH值6時,Q的高凈正電荷產生顯著的靜電斥力,阻止其凝膠化。本研究將指導新型支架材料和對生物相關刺激敏感的功能性生物材料的開發

Montclare解釋說,上臨界溶液溫度(UCST)相行為的特征是當溶液冷卻到低于臨界溫度時將形成水凝膠。

她說:“在我們的研究中,由于纖維的物理交聯/糾纏,我們的纖維基水凝膠在冷卻時形成,當溫度升高到臨界溫度以上時,水凝膠轉變回溶液,大多數纖維應該會解纏。

“在我們的研究中,我們研究了這個過程是如何影響博士我們相信高凈電荷的蛋白質在pH值6產生靜電斥力,防止蛋白質組裝成纖維和進一步的水凝膠,在更高的pH值,將會有更少的靜電排斥,這種蛋白質可以組裝成纖維,然后進行凝膠化?!?/p>

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