アミロイド様タンパク質／粘土ナノコンポジット薄膜のバイオミメティックな構造制御技術の開発

Biomimetic Amyloid-Like Protein/Laponite Nanocomposite Thin Film through Regulating Protein Conformation.

• Jian Zhao
• Bianliang Miao
• Peng Yang

抄録

天然のタンパク質ベースの薄膜は、合成ポリマーに比べて比較的剛性と強度が低いため、その使用は著しく制限されてきました。タンパク質ベースの薄膜の機械的特性は、ナノフィラーを配合することで向上させることができますが、ナノスケールからマクロスケールの階層構造と強固な界面接着性を持つこれらの材料を、簡便でグリーンな方法で作製することは、依然として課題となっています。ここでは、シンプルで生体適合性の高い全水系でタンパク質のコンフォメーションを直接調節することにより、真珠のような微細構造を持つタンパク質ベースの堅牢な有機/無機ナノコンポジット膜を調製した。これらのフィルムは、高濃度のラポナイト（Lap）とアミロイド様相転移ウシ血清アルブミン（PTB）のβシートを豊富に含んでおり、Lapナノプレートをインターカレーションされたマルチスタック構造に組織化することができました。さらに、PTB凝集体は、強い機械的強度、良好な安定性、特に優れた生体接着性を示し、有機/無機界面の強固な結合を可能にした。このようにして得られたPTB/Lapフィルムは、高いヤング率と強度、良好な化学的安定性（水溶液および有機溶媒中）、難燃性を示すとともに、透明性（90％以上の透過率を維持）にも優れています。さらに、生体模倣性の高い界面密着性を有し、様々な基材への密着が可能であり、ガラスへのコーティングは室内温度を下げるスマートウィンドウとして機能することができます。このような優れた性能と汎用性の高さから、アミロイド様タンパク質/クレーナノコンポジットフィルムは、幅広い実用化が期待されています。

The use of natural protein-based thin films has been severely limited due to their relatively low stiffness and strength compared to synthetic polymers. Although the mechanical properties of the protein-based thin films could be enhanced through blending with nanofillers, the fabrication of these materials with nanoscale-to-macroscale hierarchical architecture and robust interfacial adhesion via a facile and green method remains a challenge. Here we prepared robust protein-based organic/inorganic nanocomposite films with a nacre-like microstructure through directly regulating protein conformation in a simple and biocompatible all-aqueous system. These films contain a high concentration of Laponite (Lap) and amyloid-like phase-transited bovine serum albumin (PTB) aggregates rich in β-sheets which could organize Lap nanoplatelets into an intercalated and multistacked structure. In addition, the PTB aggregates present strong mechanical strength, good stability and especially superior bioadhesion to afford strong organic/inorganic interface bonding. The resultant PTB/Lap films exhibit high Young's modulus and strength, good chemical stability (in both aqueous solution and organic solvent) and flame retardation, while they are also very transparent (maintaining more than 90% transmittance). Moreover, the film could adhere onto various substrates with robust biomimetic interfacial adhesion, and the resultant coating on glass could function as a smart window to cool down the indoor temperature. Because of their excellent performance and high versatility, the amyloid-like protein/clay nanocomposite films are expected to find broad practical applications.