包括合成拖丝蜘蛛丝的复合材料制造技术

提供基于聚合物和衍生自MaSp(大壶状腺丝蛋白)蛋白的蛋白质混合物的复合材料。进一步，提供其制备方法和复合材料使用方法。

Composite materials including synthetic dragline spider silk

A composite material based on a polymer and a protein mixture derived from MaSp (ampullary adenovirus) protein is provided. Further, the preparation method and the use method of the composite material are provided.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】包括合成拖丝蜘蛛丝的复合材料本申请要求2016年2月11日提交的美国临时专利申请号62/293,880、2016年4月3日提交的美国临时专利申请号62/317,572、和2016年8月10日提交的PCT专利申请PCT/IL2016/050874的优先权权益。以上文件的内容其整体通过引用并入，如同其在本文中被完全展示。专利
本专利技术在其一些实施方式中涉及基于衍生自MaSp(大壶状腺丝蛋白(majorampullatespidroin))蛋白的蛋白质的复合材料及其制备。专利技术背景拖丝蜘蛛丝在本领域中被称为由织网蜘蛛(orb-webweavingspider)在它们跌落或逃离危险时构建它们的网的框架和幅射线以及生命线所使用的丝。为了能够完成这些任务，由于高弹性和强度的组合，拖丝纤维(draglinefiber)显示出非常高的韧性，这使其成为最坚韧的纤维，无论是天然的还是人造的。例如，拖丝的强度是其直径的高强度钢的6倍，拖丝比凯夫拉(Kevlar)——其是曾经制备的最强的合成纤维之一——坚韧3倍。拖丝由两种主要多肽组成，通常被称为大壶状腺丝蛋白(MaSp)1和2，在十字园蛛(Araneusdiadematus)中也被称为ADF-3和ADF-4。这些蛋白质的表观分子量在200-720kDa范围内，这取决于样品的年龄和分析条件。已知的拖丝蛛丝蛋白由交替的富含丙氨酸的片段(在纤维中形成结晶的β-片层)和富含甘氨酸的片段(其更具柔性并且主要缺乏有序结构)的高度重复的区段组成。C-端区域不重复，在物种之间高度保守，并且采用α-螺旋构象。拖丝蛋白的N-端区域也被发现在不同的蛛丝蛋白之间以及不同的蜘蛛物种之间高度保守。已经进行了许多尝试来合成地产生蜘蛛丝，如通过在组织培养中使用细菌、酵母、植物和哺乳动物细胞以及甚至转基因山羊进行基因工程。美国专利号8,461,301尤其涉及包含半合成蜘蛛丝蛋白结构域或其任何功能同系物、变体、衍生物、片段或突变体的多个重复的分离的氨基酸序列。该出版物通过引用以其全部并入本文。有关拖丝蜘蛛丝的其他出版物包括Ittah,S.,etal.Biopolymers,93(5),458-468,2010；Ittah,S.,etal.Biomacromolecules,8(9),2768-2773,2007；Ittah,S.,etal.,Biomacromolecules,7(6),1790-1795,2006；和Huemmerich,D.,Ittah,S.,etal.,CurrentBiology,14,2070-2074,2004。这些出版物其整体通过引用并入本文。使用基于蜘蛛丝的复合材料的各种应用已被提出，包括用于支架和植入物涂层、纺织品以及弹道学应用。对用于生产具有类似于天然蜘蛛丝机械性质的纤维的改进组合物和方法存在未满足的需求。
技术实现思路
本专利技术尤其涉及基于衍生自MaSp(大壶状腺丝蛋白)蛋白的蛋白质的复合材料及其制备。根据一些方面，提供了复合材料，其包括蛋白质混合物和至少一种聚合物，其中：蛋白质混合物包括分子量不同的”m”种类型的蛋白质，其中混合物中的每种蛋白质独立地包括大壶状腺丝蛋白(MaSp)的重复性区域、或其功能性同系物、变体、衍生物或片段的”n”个重复段(repeat)，其中m和n独立地是2至70之间的整数。在一些实施方式中，蛋白质混合物的特征在于选自下列的一种或多种性质：(a)每个重复段具有2kDa至3.5kDa范围内的分子量；(b)’n’/’m’的比在2:1至1:2的范围内。在一些实施方式中，蛋白质混合物是纤维形式。在一些实施方式中，纤维通过连接体附接至聚合物。在一些实施方式中，蛋白质混合物附接至聚合物的至少一个表面。在一些实施方式中，’n’/’m’的比在2:1至1:2的范围内。在一些实施方式中，’n’/’m’的比在1.8:1至1:1.8的范围内。在一些实施方式中，’n’/’m’的比在1.6:1至1:1.6的范围内。在一些实施方式中，’n’/’m’的比在1.5:1至1:1.5的范围内。在一些实施方式中，’n’/’m’的比在1.3:1至1:1.3的范围内。在一些实施方式中，’n’/’m’的比在1.2:1至1:1.2的范围内。在一些实施方式中，’n’/’m’的比在1.1:1至1:1.1的范围内。在一些实施方式中，至少一种聚合物是非MaSp蛋白衍生聚合物。在一些实施方式中，各蛋白质独立地包括SEQIDNO：1所示的氨基酸序列(X1)ZX2GPGGYGPX3X4X5GPX6GX7GGX8GPGGPGX9X10，其中X1在每种情况中独立地是A或G，其中(X1)Z的至少50％是A，Z是5至30之间的整数；X2是S或G；X3是G或E；X4是G、S或N；X5是Q或Y；X6是G或S；X7是P或R；X8是Y或Q；X9是G或S；和X10是S或G。在一些实施方式中，重复性区域包括SEQIDNO：3(AAAAAAAASGPGGYGPGSQGPSGPGGYGPGGPGSS)所示的氨基酸序列。在一些实施方式中，复合材料的特征在于，与不含蛋白质混合物的聚合物的性质相比，至少一种改善的机械性质。在一些实施方式中，该性质选自：杨氏模量、拉伸强度、破裂应变、屈服点、韧性、失效前效能(worktofailure)、冲击性、撕裂强度、挠曲模量、弯曲应变和伸长应力(stressatelongation)。在一些实施方式中，选自杨氏模量、拉伸强度、屈服点、和伸长应力的至少一种性质提高至少5％。在一些实施方式中，杨氏模量提高至少200％。在一些实施方式中，拉伸强度提高至少40％。在一些实施方式中，屈服点提高至少40％。在一些实施方式中，复合材料的特征在于结构强度，其中多于10％的结构强度源自蛋白质混合物。在一些实施方式中，复合材料的特征在于拉伸强度，其中多于10％的拉伸强度源自蛋白质混合物。在一些实施方式中，聚合物是合成聚合物。在一些实施方式中，聚合物是热塑性聚合物。在一些实施方式中，聚合物是热固性材料。在一些实施方式中，聚合物是环氧化物。在一些实施方式中，聚合物是聚酯。在一些实施方式中，聚合物选自聚酰胺、聚氨酯、尼龙、和聚丙烯酸酯、聚碳酸酯、和硅。在一些实施方式中，聚合物是交联聚合物。在一些实施方式中，聚合物是共聚物。在一些实施方式中，聚合物是水凝胶形式。在一些实施方式中，聚合物选自液晶聚合物、马来酸酐接枝聚丙烯、聚酰胺、尼龙4,6、尼龙6、尼龙6,6、尼龙11、尼龙12、聚(芳酰胺)、聚乙烯、聚对苯二甲酸丁二酯、聚对苯二甲酸乙二酯、聚苯硫醚、聚邻苯二甲酰胺、聚丙烯、聚(偏二氟乙烯)、聚(甲基丙烯酸2-羟乙酯)(pHEMA)、聚氨酯、聚乙烯醇缩丁醛、乙烯乙烯醇共聚物、聚乳酸(PLA)、聚己内酯(PCL)、黄原胶(xanthan)、纤维素、胶原蛋白、弹性蛋白、角蛋白、棉、橡胶、纤维素、羊毛和其任何组合或混合物。在一些实施方式中，聚合物选自粘合性和内聚性材料。在一些实施方式中，粘合性和内聚性材料选自环氧化物、氰基丙烯酸酯、聚酯、多元醇、聚氨酯、和聚酰亚胺。在一些实施方式中，蛋白质的总浓度在复合材料总重量的约0.1重量％至约10重量％的范围内。在一些实施方式中，该浓度在约0.5重量％至约3重量％的范围内。在一些实施方式中，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.复合材料，其包括蛋白质混合物和至少一种聚合物，其中：所述蛋白质混合物包括分子量不同的”m”种类型的蛋白质，其中所述混合物中的各蛋白质独立地包括大壶状腺丝蛋白(MaSp)的重复性区域、或其功能性同系物、变体、衍生物或片段的”n”个重复段，其中m和n独立地是2至70之间的整数。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.08.10 IL PCT/IL2016/050874;2016.02.11 US 62/21.复合材料，其包括蛋白质混合物和至少一种聚合物，其中：所述蛋白质混合物包括分子量不同的”m”种类型的蛋白质，其中所述混合物中的各蛋白质独立地包括大壶状腺丝蛋白(MaSp)的重复性区域、或其功能性同系物、变体、衍生物或片段的”n”个重复段，其中m和n独立地是2至70之间的整数。2.权利要求1所述的复合材料，其中所述蛋白质混合物的特征在于，选自下列的一种或多种性质：(a)各重复段具有2kDa至3.5kDa范围内的分子量；(b)‘n’与’m’的比在1.5:1至1:1.5的范围内。3.权利要求1-2中任一项所述的复合材料，其中所述蛋白质混合物是纤维形式。4.权利要求1-3中任一项所述的复合材料，其中至少一种聚合物是非MaSp蛋白衍生聚合物。5.权利要求1-4中任一项所述的复合材料，其中各所述蛋白质独立地包括SEQIDNO：1所示的氨基酸序列：(X1)ZX2GPGGYGPX3X4X5GPX6GX7GGX8GPGGPGX9X10，其中X1在每种情况中独立地是A或G，其中(X1)Z的至少50％是A，Z是5至30之间的整数；X2是S或G；X3是G或E；X4是G、S或N；X5是Q或Y；X6是G或S；X7是P或R；X8是Y或Q；X9是G或S；和X10是S或G。6.权利要求1-5中任一项所述的复合材料，其中所述重复性区域包括SEQIDNO：3(AAAAAAAASGPGGYGPGSQGPSGPGGYGPGGPGSS)所示的氨基酸序列。7.权利要求1-6中任一项所述的复合材料，其特征在于与不含所述蛋白质混合物的所述聚合物的性质相比至少一种改善的机械性质，其中所述性质选自：杨氏模量、拉伸强度、破裂应变、屈服点、韧性、失效前效能、冲击强度、撕裂强度、挠曲模量、弯曲应变和具体伸长百分比时应力。8.权利要求1-7中任一项所述的复合材料，其中所述聚合物是合成聚合物、热塑性聚合物、热固性材料、环氧化物、聚酯、聚酰胺、多元醇、聚氨酯、聚乙烯、尼龙、聚丙烯酸酯、聚碳酸酯、聚乳酸(PLA)或其共聚物、硅、液晶聚合物、马来酸酐接枝聚丙烯、聚己内酯(PCL)、橡胶、纤维素、或其任何组合。9.权利要求1-8中任一项所述的复合材料，其中所述蛋白质的总浓度在所述复合材料的总重量的约0.1重量％至约10重量％的范围内。10.权利要求1所述的复合材料，其具有至少0.5微米厚的层。11.权利要求3所述的复合材料，其中所述纤维的特征在于至少30％的孔隙率。12.制品，其包括权利要求1-10中任一项所述的复合材料。13.权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·艾特塔禾，M·史梅，E·斯克兰，D·斯特恩，
申请(专利权)人：赛威克斯材料科学公司，
类型：发明
国别省市：以色列,IL