一种功能性蛋白质材料、制备方法及应用

本申请涉及生物材料，尤其涉及一种功能性蛋白质材料、制备方法及应用。

背景技术：

1、三维(3d)打印技术是近年来快速发展的一种先进制造工艺,在医疗、航空航天、建筑等领域展现出广阔的应用前景；目前,常见的3d打印技术主要包括熔融沉积成型法(fdm)、光固化立体成型法(sla)、选择性激光烧结法(sls)等。

2、fdm是最为广泛应用的3d打印技术之一,其工作原理是通过加热熔融塑料挤出成型，这种方法制造成本低、设备简单,但打印分辨率和精度有限,仅适合制造大尺度的简单几何形状；sla则利用光固化高聚合物树脂来成型,可实现更高的打印分辨率和精度,但受限于可用树脂材料的种类和机械性能；sls则采用高能激光选择性熔融烧结金属或陶瓷粉末,能够制造复杂的金属零件,但设备昂贵,适用于工业级生产；相比之下,基于双光子吸收的3d激光打印技术(tpp)具有独特的优势，有利于控制材料的微观形貌。

3、传统的蛋白加工技术如溶液成膜、电纺等，难以精确控制蛋白材料的微观结构和形态，而通过三维打印技术，能够精确地对蛋白材料进行打印，但现有技术中难以赋予蛋白材料多种多样的功能性，打印过程也较为单一，难以打印出蛋白材料的复杂结构，使得蛋白材料的应用受限。

技术实现思路

1、针对上述现有技术中存在的问题，本申请提供了一种功能性蛋白质材料、制备方法及应用，所述技术方案如下：

2、一方面，本申请提供了一种功能性蛋白质材料的制备方法，包括：

3、通过光引发剂对至少一种功能化蚕丝蛋白溶液进行化学修饰，得到各所述功能化蚕丝蛋白溶液各自对应的前体材料；所述功能化蚕丝蛋白溶液包括蚕丝蛋白和功能性材料，所述功能性材料包括生物活性分子、智能响应性材料和机械性能增强材料中的至少一种；

4、以至少一种所述前体材料作为打印材料，进行双光子激光打印，得到功能性蛋白质材料。

5、进一步地，所述光引发剂包括过硫酸钠与钌的混合液、核黄素、黄素单核苷酸和四苯基卟啉中的至少一种。

6、进一步地，所述功能性蛋白质材料包括至少一个功能层，同一所述功能层中具有至少一个目标功能结构，所述至少一个目标功能结构与各所述前体材料一一对应。

7、进一步地，在同一所述功能层中具有多个目标功能结构的情况下，所述多个目标功能结构中至少一个目标功能结构对应的前体材料与至少另一目标功能结构对应的前体材料不同；所述以至少一种所述前体材料作为打印材料进行双光子激光打印，得到功能性蛋白质材料包括：

8、针对所述功能层中的每一目标功能结构对应的预设区域，采用所述目标功能结构对应的前体材料进行双光子激光打印，得到所述功能层。

9、进一步地，在所述功能性蛋白质材料包括多个功能层的情况下，所述以至少一种所述前体材料作为打印材料进行双光子激光打印，得到功能性蛋白质材料包括：

10、以至少一种所述前体材料进行双光子激光打印，得到所述功能层；

11、在所述功能层上重复执行所述以至少一种所述前体材料进行双光子激光打印，得到所述功能层的步骤，形成多个所述功能层，得到所述功能性蛋白质材料。

12、进一步地，所述功能性蛋白质材料还包括至少一层导电层，所述导电层位于多个所述功能层中至少部分功能层上；所述方法还包括：

13、在形成多个所述功能层的过程中，在至少部分所述功能层上形成导电层；所述导电层的材料包括导电高分子材料、金属纳米材料和碳基材料中的一种或几种的复合。

14、进一步地，所述方法还包括：

15、在以至少一种所述前体材料作为打印材料进行双光子激光打印的过程中，监测所述前体材料中的蛋白质活性数据；所述蛋白质活性数据用于指示所述前体材料中蛋白质的生物活性状态；

16、在所述蛋白质活性数据指示所述前体材料中蛋白质的生物活性状态未达到期望状态的情况下，根据所述蛋白质活性数据，调节双光子激光打印的当前控制参数，至监测到更新的蛋白质活性数据指示所述前体材料中蛋白质的生物活性状态达到期望状态，得到更新的控制参数，并基于所述更新的控制参数进行双光子激光打印。

17、进一步地，在所述以至少一种所述前体材料作为打印材料进行双光子激光打印，得到功能性蛋白质材料之后，所述方法还包括：

18、对所述功能性蛋白质材料进行针对稳定材料结构的后处理，得到功能性蛋白质结构。

19、另一方面，本申请还提供了一种功能性蛋白质材料，由如上任一项所述的功能性蛋白质材料的制备方法制备得到。

20、另一方面，本申请还提供了一种由如上任一项所述的功能性蛋白质材料的制备方法制得的功能性蛋白质材料在组织工程支架、微流控装置、药物递送系统、生物传感器、柔性电子器件和环保材料中至少之一的应用。

21、实施本申请，具有如下有益效果：

22、1、本申请采用包括功能性材料的功能化蚕丝蛋白溶液进行光交联后得到前体材料，以该前体材料为打印材料，进行双光子激光打印，提升制得的功能性蛋白质材料的功能多样性，拓展该功能性蛋白质材料的应用范围；并且，该功能性蛋白质材料的制备方法能够在微米以及亚微米尺度精细控制功能性蛋白质材料的三维结构，提升其形状和结构的精度，有利于促进功能性蛋白质材料在微纳米级的生物医用器件中的应用，尤其是在制造生物传感器、组织工程支架、微流体芯片等生物医用器件中，具有广阔的应用前景。

23、2、本申请的功能性蛋白质材料包括多个功能层和/或同一功能层中具有多个目标功能结构，该制备方法能够以多种前体材料进行双光子激光打印，实现多层功能不同的功能层的分层打印和/或同一功能层中的分区打印，大大提高功能性蛋白质材料的结构复杂度和功能复杂度，制备出各种不同形状和不同尺度的功能性蛋白质材料，能够满足多种领域的需求，可定制性好。

24、3、该功能性蛋白质材料的制备方法在温和的条件下进行，且在打印过程中监测前体材料中蛋白质活性数据，以调整双光子激光打印的当前控制参数，大大降低对蛋白质的生物活性造成损伤的风险，有利于提升功能性蛋白质材料的功能有效性和功能精确性。

技术特征：

1.一种功能性蛋白质材料的制备方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的功能性蛋白质材料的制备方法，其特征在于，所述光引发剂包括过硫酸钠与钌的混合液、核黄素、黄素单核苷酸和四苯基卟啉中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的功能性蛋白质材料的制备方法，其特征在于，所述功能性蛋白质材料包括至少一个功能层，同一所述功能层中具有至少一个目标功能结构，所述至少一个目标功能结构与各所述前体材料一一对应。

4.根据权利要求3所述的功能性蛋白质材料的制备方法，其特征在于，在同一所述功能层中具有多个目标功能结构的情况下，所述多个目标功能结构中至少一个目标功能结构对应的前体材料与至少另一目标功能结构对应的前体材料不同；所述以至少一种所述前体材料作为打印材料进行双光子激光打印，得到功能性蛋白质材料包括：

5.根据权利要求3所述的功能性蛋白质材料的制备方法，其特征在于，在所述功能性蛋白质材料包括多个功能层的情况下，所述以至少一种所述前体材料作为打印材料进行双光子激光打印，得到功能性蛋白质材料包括：

6.根据权利要求5所述的功能性蛋白质材料的制备方法，其特征在于，所述功能性蛋白质材料还包括至少一层导电层，所述导电层位于多个所述功能层中至少部分功能层上；所述方法还包括：

7.根据权利要求1-6任一项所述的功能性蛋白质材料的制备方法，其特征在于，所述方法还包括：

8.根据权利要求1-6任一项所述的功能性蛋白质材料的制备方法，其特征在于，在所述以至少一种所述前体材料作为打印材料进行双光子激光打印，得到功能性蛋白质材料之后，所述方法还包括：

9.一种功能性蛋白质材料，其特征在于，由如权利要求1-8任一项所述的功能性蛋白质材料的制备方法制备得到。

10.一种由如权利要求1-8任一项所述的功能性蛋白质材料的制备方法制得的功能性蛋白质材料在组织工程支架、微流控装置、药物递送系统、生物传感器、柔性电子器件和环保材料中至少之一的应用。

技术总结本申请公开了一种功能性蛋白质材料、制备方法及应用，包括通过光引发剂对至少一种功能化蚕丝蛋白溶液进行化学修饰，得到各所述功能化蚕丝蛋白溶液各自对应的前体材料；所述功能化蚕丝蛋白溶液包括蚕丝蛋白和功能性材料，所述功能性材料包括生物活性分子、智能响应性材料和机械性能增强材料中的至少一种；以至少一种所述前体材料作为打印材料，进行双光子激光打印，得到功能性蛋白质材料。本申请采用包括功能性材料的功能化蚕丝蛋白溶液进行光交联后得到前体材料，以该前体材料为打印材料，进行双光子激光打印，提升制得的功能性蛋白质材料的功能多样性，拓展该功能性蛋白质材料的应用范围。技术研发人员：陶虎,邹杜娟,梁政宇,杨礼睿,杨会然,魏晓玲受保护的技术使用者：中国科学院上海微系统与信息技术研究所技术研发日：技术公布日：2024/12/2