多肽整料制造技术

本申请涉及两亲性多肽材料、其制造方法和使用方法。所提供的两亲性多肽材料基于水并且使用全水性工艺制造。所提供的材料展现出封装和储存生物活性分子或大分子的能力。这类生物活性分子或大分子保持其结构和生物活性，使得这些生物活性分子或大分子不会因为工艺步骤或暴露而显著地降解、减少和/或受到抑制。所提供的材料具有独特的机械特性和结构特性，包括大小、密度、可塑性以及机械加工性。

Polypeptide rectification

The application relates to two affinity peptide material, its manufacturing method and application method. The two affinity peptide material provided is based on water and is made by a water based process. The materials provided demonstrate the ability to encapsulate and store bioactive molecules or macromolecules. These bioactive molecules or macromolecules maintain their structure and biological activity, making these bioactive molecules or macromolecules not significantly degraded, reduced and / or suppressed by process or exposure. The materials provided have unique mechanical and structural properties, including size, density, plasticity and machinability.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】多肽整料相关申请的交叉引用本专利申请要求2015年7月28日提交的名为“多肽整料(PolypeptideMonoliths)”的第62/197,693号美国临时专利申请的优先权和权益，所述美国临时专利申请的内容以全文引用的方式并入本文中。政府支持本专利技术是在由美国国立卫生研究院(NationalInstitutesofHealth)授予的拨款号AR068048和美国空军科学研究办公室(AirForceOfficeofScientificResearch)授予的拨款号FA9550-10-1-0172的政府支持下完成的。政府享有本专利技术中的某些权利。
技术介绍
整料是实心的并且连续的三维材料块状物。术语“整料”通常用于指这样的材料，其特征在于使材料能被加工成硬结构的特性(例如堆积密度、硬度、抗断裂性等)。因此，可以将适当大小的整料机械加工成所期望的形状。蛋白质/多肽整料因为各种原因而备受关注，这些原因包括其潜在的生物相容性和生物可降解性。另外，适当的整料材料可耐受纳入或并入例如可为块状物提供一些附加功能的添加剂。
技术实现思路
本公开尤其提供两亲性多肽材料。在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料的特征在于这类材料是三维的。在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料是三维“块状物”，在本文中也被称作“整料”。这类两亲性多肽材料当与已知整料进行比较时，展现出了独特的结构特征和特性。在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料是相对于任何已知的蛋白质/多肽整料材料来说，惊人的大的三维结构。在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料的特征在于能够使用机床对其进行机械加工。在一些实施例中，所产生的两亲性多肽材料是天然纤维的复制纳米级结构。在一些实施例中，本公开还提供了制造和使用两亲性多肽材料的方法。本公开的实施方案适用于大范围的应用，包括但不限于：防伪材料、生物材料、生物医学装置、商业产品、控制降解应用、控制释放应用、药物递送、药物释放、电子学、挤出注射成型、用于可调降解的材料、光学、矫形装置、光子学、生物学上不稳定化合物的保留、热不稳定化合物的保留、修复学、再生医学、机器人学、感测、组织工程应用、组织再生、组织支架、触发释放应用和/或伤口凝血。在一些实施例中，多肽材料是或包含两亲性多肽和/或其片段。在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料包含具有特定分子量的两亲性多肽和/或其片段。在一些实施例中，两亲性多肽和/或其片段包含具有不同分子量的两亲性多肽。在一些实施例中，两亲性多肽的平均分子量例如在约100Da与约400kDa之间。在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料的特征在于密度。在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料的特征在于堆积密度。在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料所具有的堆积密度与天然多肽呈其丝心蛋白或球状结构形式时的密度类似。在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料的特征在于在整个材料内均一或连续的堆积密度。在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料具有微密度连续性。在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料具有纳米密度连续性。在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料的特征在于密度接近天然两亲性多肽材料的密度。在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料的特征在于在约0.05kg/dm3与约5.0kg/dm3之间的密度。在一些实施例中，举例来说，当两亲性多肽是丝时，所提供的两亲性多肽材料的特征在于约1.4kg/dm3的密度。在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料基于水。在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料含有残余水。在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料具有低结合溶剂含量。在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料基于水并且其特征在于低结合水含量。举例来说，在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料所具有的冻结的和非冻结的结合水含量小于50％。在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料不含或基本上不含非水溶剂。在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料不含残余非水溶剂。在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料的特征在于结构自组装的两亲性多肽。在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料自组装形成这样的三维结构。在一些实施例中，两亲性多肽包含疏水尾部、氨基酸区域以及亲水端。在一些实施例中，两亲性多肽材料的亲水端被设计成使得分子可溶于水中。在一些实施例中，亲水端实现了或增强了两亲性多肽材料的生物功能。在一些实施例中，两亲性多肽的疏水尾部被水排斥，因此这些尾部聚集。在一些实施例中，两亲性多肽材料的氨基酸结构域的特征在于通过无序(即非晶)序列间隔的高度重复的(即结晶)氨基酸序列。在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料的氨基酸区域包括引发分子间相互作用并促进自组装的序列。在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料形成交联，交联推动蛋白质按长程有序的二级、三级和四级分子结构(例如β片层、卷曲体、螺旋体)折叠。因此，在一些实施例中，两亲性多肽的单独的结构域相互缔合并引起更大组装体的增长。在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料的特征为结晶和/或包含纳米大小的结晶颗粒。在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料包含亚微米大小或纳米大小的晶体、结晶球体和/或颗粒。在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料的特征在于其结晶形状。在一些实施例中，晶体具有高纵横比(即针形)。在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料的特征在于两亲性多肽小球的网状物。在一些实施例中，微结构包含球状结构形式。在一些实施例中，微结构包含多个单独的小球。在一些实施例中，小球是纳米小球。在一些实施例中，小球的至少一个维度在约5nm与约45nm之间。在一些实施例中，两亲性多肽小球通过彼此间的相互作用聚集。在一些实施例中，两亲性多肽小球的至少一个维度在约5nm与约30nm之间。在一些实施例中，多个球状结构的至少一个维度在约5nm与约30nm之间。在一些实施例中，单独的小球结构可相互聚集。在一些实施例中，两亲性多肽小球通过彼此间的相互作用聚集。在一些实施例中，小球相互聚集，使得它们形成了联锁结构。在一些实施例中，两亲性多肽小球聚集，形成了大小为数十到数百纳米的结构。在一些实施例中，两亲性多肽小球聚集，形成了两亲性多肽纳米结构和微结构。在一些实施例中，两亲性多肽小球彼此相互作用，形成了致密的网状物。在一些实施例中，小球填充密度可影响所提供材料的机械特性。在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料的特征为具有二级结构。在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料是基本上非晶、基本上结晶或其组合。在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料包含螺旋结构、β结构或其组合。在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料的特征在于这样的二级结构，这种二级结构的相对量或浓度在整块材料中是均一分布的和/或一致的。在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料包含β片层结构并且其特征在于使材料展现出根据一个平面或一个方向的结晶排列的结晶取向。在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料的特征在于沿着这些不同的结晶学结构平面分开或裂开的趋势。在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料的特征在于β片层特征。在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料的特征在于至少约40％β片层。在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料的特征在于至少约45％β片层。在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料的特征在于至少本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种材料，包含：至少一种两亲性多肽，其特征在于采用β片层二级结构形式和球状结构形式中的至少一个的能力，其中所述材料的特征在于以下中的一个或多个：至少约40％的β片层含量；小于约50wt％的结合水含量；存在多个所述球状结构，每个球状结构的至少一个维度在约5nm与约250nm之间，其中单独的小球结构能够相互聚集；以及其组合；其中所述材料被安排和构建成使得当将生物活性分子或大分子封装在所述材料内时，其结构和其生物活性中的一个或两个不会因为其封装而显著地降解、减少和/或受到抑制。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.07.28 US 62/197,6931.一种材料，包含：至少一种两亲性多肽，其特征在于采用β片层二级结构形式和球状结构形式中的至少一个的能力，其中所述材料的特征在于以下中的一个或多个：至少约40％的β片层含量；小于约50wt％的结合水含量；存在多个所述球状结构，每个球状结构的至少一个维度在约5nm与约250nm之间，其中单独的小球结构能够相互聚集；以及其组合；其中所述材料被安排和构建成使得当将生物活性分子或大分子封装在所述材料内时，其结构和其生物活性中的一个或两个不会因为其封装而显著地降解、减少和/或受到抑制。2.根据权利要求1所述的材料，其中所述生物活性分子或大分子包含选自由以下组成的群组的成员：抗体、生长因子、激素、核酸、肽、蛋白质或疫苗。3.根据权利要求1或2所述的材料，其中所述材料基本上不含六氟异丙醇。4.根据前述权利要求中任一项所述的材料，其中所述两亲性多肽是至少两种两亲性多肽的共混物。5.根据前述权利要求中任一项所述的材料，其中所述材料的特征为物理坚固性足够承受机械操作，因此在机械加工时，所述材料采用并保持所期望的形状。6.根据权利要求5所述的材料，其中机械操作包括手持工具和/或机床的使用或应用。7.根据前述权利要求中任一项所述的材料，其中所述两亲性多肽是丝纤蛋白。8.根据权利要求7所述的材料，其特征在于在约1.1kg/dm3与约1.4kg/dm3之间的堆积密度。9.根据前述权利要求中任一项所述的材料，其中所述材料的特征在于基本上等于所述两亲性多肽的密度的堆积密度。10.根据前述权利要求中任一项所述的材料，其中所述材料是半透明的。11.根据前述权利要求中任一项所述的材料，其中所述材料的颜色是琥珀色。12.根据前述权利要求中任一项所述的材料，进一步包含试剂、添加剂和/或功能部分。13.根据权利要求12所述的材料，其中所述材料的特征在于以所述试剂、添加剂和/或功能部分随时间释放的方式降解。14.根据权利要求12所述的材料，其中所述试剂、添加剂和/或功能部分是致孔剂。15.根据权利要求12所述的材料，其中所述试剂、添加剂和/或功能部分具有生物活性。16.根据权利要求12所述的材料，其中所述试剂、添加剂和/或功能部分改变所述材料的颜色。17.根据权利要求16所述的材料，其中所述试剂、添加剂和/或功能部分是颜料。18.根据权利要求12所述的材料，其中所述试剂、添加剂和/或功能部分更改所述材料的不透明度。19.根据权利要求12所述的材料，其中所述试剂、添加剂和/或功能部分更改所述材料的半透明度。20.根据权利要求12所述的材料，其中所述试剂、添加剂和/或功能部分是储存在所述材料中的不稳定化合物。21.根据权利要求12所述的材料，其中所述试剂、添加剂和/或功能部分是治疗剂。22.根据权利要求12所述的材料，其中在所述材料中存在所述试剂、添加剂和/或功能部分，因此当所述材料分解、降解、变性和/或分层时，从所述材料中释放出所述试剂、添加剂和/或功能部分。23.根据前述权利要求中任一项所述的材料，其中所述材料的特征在于各向异性。24.根据前述权利要求中任一项所述的材料，其中所述材料的特征在于均方根表面粗糙度小于约30nm。25.根据权利要求24所述的材料，其中所述材料的特征在于所述材料的表面支撑电子元件的集成。26.根据权利要求12所述的材料，其中所述材料的特征在于在通过电胶凝形成所述材料时的优先丝纤蛋白晶体取向。27.根据权利要求26所述的材料，其中所述优先丝纤蛋白晶体取向是沿着电胶凝期间所施加的电场的方向。28.根据前述权利要求中任一项所述的材料，其中所述材料的特征在于大于约60MPa的压缩模量。29.根据前述权利要求中任一项所述的材料，其中所述材料的特征在于大于约10MPa的屈服强度。30.根据前述权利要求中任一项所述的材料，其中所述材料的特征在于在约100Pa与约5000kPa之间的范围内的弹性模量。31.根据前述权利要求中任一项所述的材料，其中所述材料的特征在于在约500Pa与约1GPa之间的范围内的压缩模量。32.根据前述权利要求中任一项所述的材料，其中所述材料的特征在于对约500N的外加拉拔力所造成的破坏的抵抗性。33.根据前述权利要求中任一项所述的材料，其中所述材料的特征在于高达约100MPa的剪切应力。34.根据权利要求30所述的材料，其中试剂、添加剂和/或功能部分增加所述材料的弹性模量。35.根据权利要求31所述的材料，其中试剂、添加剂和/或功能部分增加所述材料的抗拉强度。36.根据权利要求32所述的材料，其中试剂、添加剂和/或功能部分增加所述材料的弯曲刚度。37.根据权利要求33所述的材料，其中试剂、添加剂和/或功能部分增加所述材料的抗剪刚度。38.一种用于制造材料的方法，所述方法包含以下步骤：提供包含两亲性多肽的水溶液；使所述水溶液保形地变成凝胶；以及诱导所述凝胶转变形成固体，其中所述诱导步骤包含从所述凝胶中去除水、在至少0℃的温度下冻结所述凝胶中的结合水、或其组合，其中所述两亲性多肽的特征在于采用β片层二级结构形式的能力，其中所述材料的特征在于以下中的一个或多个：至少约55％的β片层含量；小于约50wt％的结合水含量；以及其组合，其中所述材料被安排和构建成使得当将生物活性分子或大分子封装在所述材料内时，其结构和其生物活性中的一个或两个不会因为其封装而显著地降解、减少和/或受到抑制。39.根据权利要求38所述的方法，其中所述两亲性多肽是丝纤蛋白并且提供所述水溶液的所述步骤包含产生丝纤蛋白水溶液。40.根据权利要求38或39所述的方法，其中产生所述丝纤蛋白水溶液的所述步骤包含：使丝脱胶形成丝纤蛋白；在离液盐中溶解所述丝纤蛋白；以及相对于水透析所述丝纤蛋白溶液。41.根据权利要求38到40中任一项所述的方法，提供所述多肽溶液的所述步骤，其中所述多肽溶液的特征在于非晶构象。42.根据权利要求38到41中任一项所述的方法，使所述溶液保形地变成所述凝胶的所述步骤，其中所述凝胶的特征在于螺旋结构和β片层结构，其中所述凝胶的特征还在于存在分子间相互作用和分子间交联，并且其中所述凝胶的特征还在于胶束间相互作用。43.根据权利要求38到43中任一项所述的方法，其中丝溶液基本上不含除水以外的溶剂。44.根据权利要求38到44中任一项所述的方法，提供所述多肽溶液的所述步骤进一步包含并入添加剂、试剂和/或功能部分。45.根据权利要求44所述的方法，并入添加剂、试剂和/或功能部分的所述步骤，其中所述添加剂或试剂是治疗剂。46.根据权利要求44所述的方法，并入添加剂、试剂和/或功能部分的所述步骤，其中所述添加剂或试剂是致孔剂。47.根据权利要求44所述的方法，并入添加剂、试剂和/或功能部分的所述步骤，其中所述添加剂或试剂是生物活性化合物。48.根据权利要求38到47中任一项所述的方法，其中所述溶液包含约0.1％(w/v)到约99％(w/v)的所述添加剂或试剂。49.根据权利要求38到48中任一项所述的方法，其中使所述溶液保形地变成所述凝胶的所述步骤包含使所述溶液电胶凝。50.根据权利要求38到49中任一项所述的方法，其中使所述溶液保形地变成所述凝胶的所述步骤包含使所述溶液自发地自胶凝。51.根据权利要求38到50中任一项所述的方法，其中使所述溶液保形地变成所述凝胶的所述步骤包含减小溶液pH。52.根据权利要求38到51中任一项所述的方法，其中使所述溶液保形地变成所述凝胶的所述步骤包含声处理所述溶液。53.根据权利要求38到52中任一项所述的方法，其中使所述溶液保形地变成所述凝胶的所述步骤包含涡旋所述溶液。54.根据权利要求38到53中任一项所述的方法，其中使所述溶液保形地变成所述凝胶的所述步骤包含使所述溶液暴露于极性溶剂中。55.根据权利要求54所述的方法，使所述溶液暴露于极性溶剂中的所述步骤，其中所述极性溶剂包含甲醇、乙醇、丙酮或其组合。56.根据权利要求50所述的方法，使所述溶液...

【专利技术属性】
技术研发人员：菲奥伦佐·G·奥米内托，戴维·L·卡普兰，B·马雷利，李春梅，
申请(专利权)人：塔夫茨大学信托人，
类型：发明
国别省市：美国,US