[发明专利]一种基于光裂解蛋白机械性能可调控的水凝胶及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种基于光裂解蛋白机械性能可调控的水凝胶及其制备方法和应用，本发明的一种基于光裂解蛋白机械性能可调控的水凝胶的制备方法，包括如下步骤：（1）对原有的野生型光可裂解蛋白序列进行位点突变以及序列添加，保证蛋白能够正常折叠及表达的同时使其具有在光照前后能够具有不同交联位点的能力；（2）其次在制胶配比上，通过控制多臂亲水高分子与蛋白交联官能团的摩尔比例来控制胶连点数量；最后机械性能宏观调控上，通过光照强度及时间的控制来调控整个水凝胶模量的变化程度，制得基于光裂解蛋白机械性能可调控的水凝胶。本发明能够在时间和空间上按照需求调控水凝胶的机械性能；无细胞毒害性。

技术领域

本发明涉及光控水凝胶材料技术领域，具体涉及一种基于光裂解蛋白机械性能可调控的水凝胶及其制备方法和应用。

背景技术

光可切割蛋白在许多领域得到了广泛的应用，包括超分辨率成像、光遗传学、荧光传感器以及最近作为光响应水凝胶工程的可切换交联剂。与其他环境响应水凝胶相比，光响应水凝胶引起了人们的极大兴趣。因为它们的机械性能可以在光照下远程和非侵入性地控制。

一般来说，大多数光响应水凝胶是基于光照下蛋白质的寡聚态和单聚态之间的转换。例如，Dronpa145N的四聚体和单体之间的可逆变化可导致光控凝胶-溶胶转变或水凝胶硬度的可逆变化。同样的，蓝藻光敏色素1的二聚态和单聚态之间的转换可导致水凝胶可逆软化和强化，从而动态控制免疫细胞的迁移和干细胞的机械传导。UVR8-1的二聚态和单聚态之间的变化导致了用于光控蛋白传递和细胞分离的水凝胶的设计。绿光诱导C末端腺苷钴胺结合域（CarHC）的四聚体向单体转变可导致干细胞、蛋白质释放水凝胶的溶解。

最近研究表明，光诱导的LOV2结构域构象变化可用于动态控制相应蛋白质的力学性质。这种方法的独特之处在于它不涉及低聚物光交换蛋白，而是利用交联剂长度的变化。基于光响应蛋白的光调控水凝胶有望探索新的操作模式。

Campbell小组在2013年通过突变绿色荧光蛋白筛选出一种光可裂解蛋白质PhoCl，这种PhoCl在紫光（~400nm）照射下，发色团发生β-消除反应，导致多肽主链断裂。而蛋白质的两个片段会自发地分离并变得无结构。是不错的光控蛋白材料，但是该组报道的蛋白序列及表达体系最终能够表达得到的蛋白产率非常低且杂蛋白很多。最重要的是在野生型PhoCl中，两个半胱氨酸残基被掩埋（Cys28和Cys98），不具备暴露在溶剂中的半胱氨酸残基。

目前，缺乏一种机械性能和生物功能同时调谐的基于光裂解蛋白机械性能可调控的水凝胶的制备方法及其应用。

发明内容

受光可裂解蛋白质PhoCl的光照特性的启发，本发明提出一种机械性能和生物功能同时调谐的基于光裂解蛋白机械性能可调控的水凝胶的制备方法及其应用。

本发明的技术方案如下：本发明的一种基于光裂解蛋白机械性能可调控的水凝胶，所述的基于光裂解蛋白机械性能可调控的水凝胶由基于光裂解蛋白机械性能变强的水凝胶和基于光裂解蛋白机械性能变弱的水凝胶的水凝胶组成；

所述的光照后机械性能变弱的水凝胶由蛋白Pho-Weak与多臂亲水高分子组成，所述的蛋白Pho-Weak暴露在溶液中的巯基和多臂亲水高分子的官能团摩尔比为1:1；

所述的光照后机械性能变强的水凝胶由蛋白Pho-Strong与多臂亲水高分子组成，所述的蛋白Pho-Strong总巯基和多臂亲水高分子的官能团的摩尔比为1:1。

本发明所述的基于光裂解蛋白机械性能可调控的水凝胶的制备方法，包括如下步骤：（1）首先蛋白构建方面，对原有的野生型光可裂解蛋白序列进行位点突变以及序列添加，保证蛋白能够正常折叠及表达的同时使其具有在光照前后能够具有不同交联位点的能力；