點(diǎn)贊！我校祝祥威博士最新科研進(jìn)展登上工程技術(shù)類國際頂級期刊

近日，我校生物工程與食品學(xué)院、發(fā)酵工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室祝祥威博士與華中科技大學(xué)趙強(qiáng)教授的最新研究成果“A Cation-Methylene-Phenyl Sequence Encodes Programmable Poly(Ionic Liquid) Coacervation and Robust Underwater Adhesion”在工程技術(shù)類國際頂級期刊Advanced Functional Materials（Q1，IF：18.808）在線發(fā)表。

祝祥威博士為第一作者，趙強(qiáng)教授為通訊作者，參與本項(xiàng)目研究的還包括世界知名科學(xué)家、美國UC Santa Barbara的J. Herbert Waite教授；中科院長春應(yīng)化所王大鵬教授；瑞典斯德哥爾摩大學(xué)教授、聚電解質(zhì)領(lǐng)域高被引科學(xué)家Jiayin Yuan等。

蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)中的氨基酸序列決定著超分子的電荷特征，進(jìn)而顯著影響蛋白在細(xì)胞、生物界面等生理環(huán)境中的相變行為。近年來，從蛋白質(zhì)、核酸等帶電生物高分子的結(jié)構(gòu)出發(fā)，探究其在生物體內(nèi)的“液-液”相分離現(xiàn)象（即凝聚體，coacervation）已成為人們認(rèn)識生命活動規(guī)律、設(shè)計(jì)智能生物材料的重要科學(xué)視角。然而，蛋白質(zhì)等天然高分子的構(gòu)象多變、組成復(fù)雜，如何從化學(xué)角度“解碼”蛋白結(jié)構(gòu)中發(fā)揮凝聚作用的關(guān)鍵序列特征、從源頭設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)“序列化合物”功能特性的充分開發(fā)，一直是仿生材料領(lǐng)域亟待突破的難題。

為解決上述科學(xué)難題，湖北工業(yè)大學(xué)祝祥威博士與華中科技大學(xué)趙強(qiáng)合作，以細(xì)胞非膜區(qū)間的凝聚現(xiàn)象為模型，參照貽貝足蛋白（mfp-1）的氨基酸序列，設(shè)計(jì)出類似的基于“陽離子-π”仿生高分子凝聚體（C-M-P序列高分子）。該凝聚體可在生理環(huán)境下發(fā)生自凝聚，并對生物界面產(chǎn)生強(qiáng)大的瞬時(shí)黏附（圖1）。

圖1.細(xì)胞仿生型“陽離子-π”高分子及其液液相分離（coacervation）的界面特性

圖2. C-M-P序列中“陽離子-π”結(jié)構(gòu)的互作能量計(jì)算（a-b）與分子結(jié)構(gòu)驗(yàn)證（c）

通過改變陽離子聚電解質(zhì)電荷的類型、密度、分布等，調(diào)控cation-π interaction的強(qiáng)度，以解析影響C-M-P序列高分子self-coacervation及其鹽致穩(wěn)定性的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)因子（圖2）。在此基礎(chǔ)上，對C-M-P結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造，引入可在溫和條件下發(fā)生聚合的乙烯基、鄰苯二酚等結(jié)構(gòu)，巧妙的將聚電解質(zhì)的self-coacervation特性與水下固化特性相結(jié)合，制備可在生理鹽水、海水、強(qiáng)酸、強(qiáng)堿等多種環(huán)境中“原位”涂覆的水下超級粘結(jié)劑，對幾乎所有的親疏水材料和生物界面（皮膚、肌肉、內(nèi)臟）均表現(xiàn)出遠(yuǎn)大于貽貝足蛋白的粘結(jié)強(qiáng)度（圖3）。

該項(xiàng)研究解碼了蛋白仿生類凝聚體形成過程中的電荷特征；同時(shí)，也為探尋可在生理環(huán)境中使用的水下粘結(jié)劑提供了解決方案。

圖3. C-M-P序列高分子的結(jié)構(gòu)改造及其在不同環(huán)境下的粘結(jié)強(qiáng)度

基于食品體系“多組分”、“多相態(tài)”、“多尺度”的特點(diǎn)，祝祥威博士以非淀粉多糖中最廣泛使用的羧甲基纖維素(CMC)為研究對象，調(diào)控CMC與其他食品高分子（蛋白、多酚、殼聚糖）的相互作用，構(gòu)建食品界面的多組分穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)，用于食品起泡、水包油乳液、營養(yǎng)遞送等體系的設(shè)計(jì)。相關(guān)成果發(fā)表在TOP類食品期刊 “Food hydrocolloids”（Food Hydrocolloids. 2020, 105, 105758；Food Hydrocolloids. 2021, 111, 106179；Food Hydrocolloids. 2021, 110, 106135）。

在提高農(nóng)業(yè)資源的加工價(jià)值和綜合利用效率方面，祝祥威博士與美國堪薩斯州立大學(xué)合作，通過單寧對大豆脫油餅粕中的蛋白成分進(jìn)行修飾，在增強(qiáng)蛋白分子間氫鍵的同時(shí)，保留其界面特性，制備出可耐水浸泡的超級木材膠水（International Journal of Adhesion & Adhesives.2021, 108, 102858）；與鄭州大學(xué)合作，以養(yǎng)殖過程中產(chǎn)生的蠶絲廢料為原料，利用蠶絲自身的毛細(xì)效應(yīng)與水分傳導(dǎo)作用，設(shè)計(jì)出一種高效率、可回收、自動化程度高的海水淡化裝置，用以替代以合成高分子為主要原料的膜材料（Sustainable Energy Fuels.2021 ,5, 4126-4132），實(shí)現(xiàn)了農(nóng)業(yè)資源的“巧取與妙用”。

祝祥威博士畢業(yè)于堪薩斯州立大學(xué)谷物科學(xué)和工程系，獲得美國農(nóng)業(yè)部全額獎學(xué)金資助，華中科技大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院博士后，現(xiàn)為生物工程與食品學(xué)院食品科學(xué)與工程系教師。主要從事生物高分子結(jié)構(gòu)調(diào)控與功能化研究，其中重點(diǎn)研究方向?yàn)榛�于電荷效�?yīng)的食品高分子相互作用及其功能化。近5年，發(fā)表SCI論文20余篇，其中以一作（通訊）論文10余篇（中科院1區(qū)7篇），主持湖北省自然科學(xué)基金1項(xiàng)，入選湖北省高層次人才項(xiàng)目。

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來源/生物工程與食品學(xué)院

排版/沈霖靈

審核/陳凌 史凡

出品/黨委宣傳部

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