基于工程化蛋白的生物医用粘合剂的制备和性能研究

Polymer based adhesives have attracted great attention because of their significance in fundamental research and industrial applications. However, the strong adhesive performance of the polymers (e.g. polyurethane, catecholic DOPA polymers, cyanoacrylates) mostly relies on intermolecular chemical reaction. This leads to the adhesives with some disadvantages such as toxic, non-degradable, which thus limit their further biomedical applications. In this project, we aim to develop a new type of ultra-strong but non-crosslinked biological adhesives based on positively supercharged polypeptides. Genetic engineering technology and chemical modification will be combined to fabricate the protein-based adhesives. We will rationally design protein sequence and introduce functional groups on the proteins. In this context, intermolecular interactions (hydrogen bonding, π-π stacking, electrostatic interaction, coordination bonding, and π-cation interaction) of the proteins will be manipulated, which may lead to the modulation of the adhesion strength of the proteins. Thus, a class of non-crosslinked , biodegradable, non-toxic, easily-cleanable, recyclable, and strong biological adhesives could be obtained and exploited in wound healing and skin healthcare.

粘合剂材料与人们的生活息息相关，但是目前常用的高强度粘合剂（比如聚氨酯、氰基丙烯酸酯、儿茶酚系列）通常是一个化学交联体系，使得它们具有降解非常缓慢，有毒、生物安全性不好等缺点。如何设计合成高粘附性的具有生物相容性的粘合剂并且研究它们在高技术和生物医学领域的应用具有非常重要的意义。本课题拟结合基因工程技术和化学合成技术设计并制备非交联体系的蛋白基粘合剂材料，并通过调控多肽链之间的氢键相互作用以及引入静电、配位键、π-π等作用力进一步调控粘附性能，拟最终实现具有生物相容性的、无毒的、可降解的、高粘合强度的生物粘合剂的合成。基于这些特点，本课题也将探索这些蛋白胶水材料在伤口愈合等方面的应用。

生物医用粘合剂材料与人们的生活息息相关，如外科手术及日常伤口修复等；但是目前常用化学交联医用粘合剂（比如聚氨酯、氰基丙烯酸酯）降解非常缓慢，具有较强有毒、伤口修复性差等缺点。如何设计合成高粘附性的具有生物相容性的粘合剂并且研究它们在高技术和生物医学领域的应用具有非常重要的意义。本课题结合合成生物学及基因工程技术，利用原核表达宿主表达了含不同电荷密度、电荷强度、分子链段长度及相转变链段的高性能重组融合蛋白分子。设计、合成了一系列带有相反电荷的阴离子表面活性剂及聚阴离子聚合物，丰富并调控粘合剂内部作用力，优化蛋白粘合剂性能与应用场景，制备一系列适用不同应用场景及环境具有高粘合性能的、具有生物相容性的、可自行降解的、非交联的蛋白粘合剂材料；通过细胞水平以及动物水平验证了这些蛋白材料在生物医学中的伤口粘合、止血和愈合中的应用，同时针对不同粘合材料开展针对不同部位（包括皮肤及肾脏、肝脏以及心脏等多器官）的伤口止血与愈合综合评估，对愈合伤口从表观以及切片等多角度评估其生物安全性与促进伤口愈合能力，为外科手术的伤口处理提供可靠的候选材料。