《先进材料》把羊毛角蛋白做成光刻胶！

来源：高分子科学前沿

光刻胶是微电子技术中微图案加工的关键材料之一，品种较多。近年来，由于高精度天然聚合物图案在再生医学，细胞培养，生物电子学和软光子学等领域具有很大的应用前景，新型生物基光刻胶的开发也受到人们的广泛关注。而另一方面，中国拥有丰富的羊毛资源，从天然羊毛提取得到的羊毛角蛋白在生物医学和制药等领域的应用研究发展迅速。尽管羊毛角蛋白作为生物材料已取得了很多创新性成果，但是其本身结构在加工过程中较难组装成型，阻碍了天然羊毛角蛋白的微图案构建，也限制了其在生物医学上的进一步应用。

图1

近日，厦门大学物理科学与技术学院林友辉副教授、刘向阳教授通过简单的生物化学修饰赋予了羊毛角蛋白的光敏特性，成功开发了新型羊毛角蛋白水基光刻胶，并用于构筑高精度角蛋白微图案。在没有显著改变蛋白质结构和功能的前提下，将羊毛角蛋白侧基与光反应性试剂甲基丙烯酸异氰基乙酯共价反应，接枝后所得的羊毛角蛋白可以在少量光引发剂和紫外光作用下发生化学交联反应，形成稳定空间网络结构（图1）。结合传统光刻技术，研究人员成功制备出各种图形的高精度蛋白质微结构（图2）。在整个光刻工艺中不需要使用有毒、昂贵的溶剂和显影剂，也不需要复杂的光刻步骤、严苛的操作条件和昂贵的设备。

图2

该团队通过一系列细胞毒性实验和免疫原性实验证明所制备的角蛋白高精度微图案绿色无毒，安全环保。此外，无需复杂的功能化修饰步骤，通过简单与纳米颗粒，荧光染料、天然酶或其它掺杂剂共混，便可得到各种功能化羊毛角蛋白光刻胶。

图3

最后，研究人员还验证了角蛋白微图案在不同场景下的潜在应用（图3）。例如，由于羊毛角蛋白本身含有精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸短肽，对细胞表面具有较好的亲和性，因此，在不需要添加其它细胞黏附分子的情况下，即可实现对细胞进行空间定位和生长方向的引导。另外，通过周期性角蛋白微结构的设计和微结构对光的衍射，可以在宏观上可观察到的虹彩效应，开拓了羊毛角蛋白作为软光子生物材料在光电子学上的应用。综上所述，羊毛角蛋白光刻胶所制备的生物图案在组织工程，药物科学和光电子器件等方面存在极大的应用前景。

参考文献：

Zhu, S.; Zeng, W.; Meng, Z.; Luo, W.; Ma, L.; Li,Y.; Lin, C.; Huang, Q.; Lin, Y.; Liu, X. Y., Using Wool Keratin as a BasicResist Material to Fabricate Precise Protein Patterns. Advanced Materials 2019,DOI: 10.1002/adma.201900870.