由于蛋白質(zhì)具有多種多樣的功能,，許多蛋白質(zhì)，例如有催化活性的酶,，在制藥工業(yè)和很多生物技術(shù)領(lǐng)域中已經(jīng)得到廣泛的使用,。最近在材料科學(xué)中，蛋白質(zhì)也倍受重視,。在2005年8月出版的Current Opinion in Biotechnology(第24卷第5期)上同時(shí)刊登了三篇有關(guān)蛋白質(zhì)在材料科學(xué)中應(yīng)用的文,。他們的題目分別是：在材料世界中新的蛋白質(zhì)（New proteins in material world）、生物材料設(shè)計(jì)的蛋白質(zhì)工程方法（Protein engineering approaches to biomaterial design）和作為效用蛋白質(zhì)的蛋白質(zhì)纖維：新技術(shù)和應(yīng)用(Protein fibers as performance proteins: new technology and application),。
在六,、七十年前，利用X射線衍射技術(shù)對(duì)蛋白質(zhì)進(jìn)行結(jié)構(gòu)研究是以一組纖維狀蛋白質(zhì)開始,，其中包括絲蛋白,、角蛋白和膠原蛋白等。這些纖維狀蛋白質(zhì)在結(jié)構(gòu)上的共同特征是都有一些重復(fù)的小肽片段組成,，膠原蛋白的重復(fù)片段為GAPGAPGSQGAPGLQ,，角蛋白的重復(fù)序列為AKLKLAEAKLELA，蠶絲的絲原蛋白的小肽片段為GAGAGS,，另一種動(dòng)物體內(nèi)的彈性蛋白也有GVGVP,、PVGG和APGVGV等重復(fù)片段。這樣的結(jié)構(gòu)賦予了這些結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)特定的機(jī)械強(qiáng)度,，為此可以作為特制的材料,。特別是蠶絲在中國(guó)的使用可以追溯到上古時(shí)代黃帝的妃子嫘祖，至今約有四五千年的歷史,。最近發(fā)現(xiàn)不同來源的絲蛋白具有不同的結(jié)構(gòu),，例如足絲的重復(fù)片段為GPGGG，鞭毛狀絲的則是GPGGX,，拖絲的為GPGQQ,、GPGGY和GGYGPGS。這些絲蛋白的強(qiáng)度甚至超過了家蠶的絲蛋白,。在利用天然的纖維狀蛋白質(zhì)作為材料外,，目前人們還利用這些重復(fù)片段合成嵌合型的纖維，這類分子被命名為重復(fù)序列的蛋白質(zhì)高聚物（RSPP）。例如將絲原蛋白的GAGAGS（圖1中的S）和彈性蛋白的GVGVP（圖1中的E）,，以及含有一個(gè)賴氨酸殘基的彈性蛋白重復(fù)片段（圖1中的EK）形成一種新的人工蛋白質(zhì)材料,，稱為SELP47K。其結(jié)構(gòu)見圖1,。這種新的蛋白質(zhì)材料兼有絲蛋白和彈性蛋白的特點(diǎn),，而且具有RSPP的特點(diǎn)，可以自組裝,，成為納米材料,。SELP47K自組裝后的產(chǎn)物呈現(xiàn)高度的均一性，在原子力顯微鏡下外形如圖2所示,。SELP47K除了高強(qiáng)度外,，還可形成親水凝膠，作為細(xì)胞外基質(zhì),。
另有一種蛋白質(zhì)/肽纖維的構(gòu)建是利用又一種蛋白質(zhì)纖維的結(jié)構(gòu)原理,。在另一些蛋白質(zhì)中，存在著所謂的七元重復(fù)片段,，這樣的結(jié)構(gòu)不僅自身可以形成α螺旋,，而且這樣的肽鏈進(jìn)一步可以形成雙股甚至三股的卷曲的螺旋。增強(qiáng)螺旋的強(qiáng)度,。以這樣方式設(shè)計(jì)的新的蛋白質(zhì)纖維有SAF-p1和SAF-p2,。
蛋白質(zhì)不僅可以作為纖維狀的材料，還能構(gòu)成許多復(fù)合生物材料,，例如骨和甲殼等,。在自然界中海洋中的硅藻通過光合作用，每年合成大量的含碳的化合物,，約有200億噸,，占中海洋生物光合作用產(chǎn)物的40%。這些硅藻細(xì)胞合成的產(chǎn)物多數(shù)是復(fù)合生物材料,，也可以利用,，特別是設(shè)法用其它的金屬取代其中的硅元素，可以得到具有光學(xué),、化學(xué),、電學(xué)、熱學(xué)和生物學(xué)功能各異的材料,。
除了開發(fā)新型的蛋白質(zhì)材料外,，經(jīng)過深入的研究，也發(fā)現(xiàn)了一些天然存在的蛋白質(zhì)具有新的用途,。
小麥的谷蛋白經(jīng)修飾,，變成帶有巰基的分支狀衍生物后,，可以生產(chǎn)具有高度韌性的塑料樣產(chǎn)品。這樣的產(chǎn)品,，價(jià)格低廉,，生物可降解，在市場(chǎng)上具有一定的競(jìng)爭(zhēng)力,。
蠶絲和血纖維蛋白通過靜電紡織,，可以得到納米水平的纖維。例如學(xué)纖維蛋白的靜電織物,，直徑僅80納米,，表面積/重量比為41000 cm2/g。這些產(chǎn)品不僅具有生物可降解性,，還具有優(yōu)良的生物相容性，因此,，不廣泛地用作組織工程的支架,、與鈣和羥基磷灰石一起形成骨模擬物。
一些微生物表面有組織的S層被用于作為各種配體固定化的陣列,。革藍(lán)氏陽(yáng)性菌表面的孔蛋白正在設(shè)法涂在半導(dǎo)體或?qū)w的表面,，用作信息記錄裝置。
作為光傳導(dǎo)蛋白質(zhì)的細(xì)菌視紫質(zhì)正在開發(fā)成為新的光活性材料,，例如光記憶裝置和電池,。
總之，蛋白質(zhì)在材料科學(xué)中的再次興起,，這可謂是老兵新傳,。一些蛋白質(zhì)可以提供機(jī)械強(qiáng)度；另一些蛋白質(zhì)可以提供特定的黏著能力,；等等,。凡此種種，不同功能的蛋白質(zhì)將各得其所,，用于材料科學(xué)的各個(gè)方面,。
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