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(kāi)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(lái)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(guò)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(lèi)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(chēng)為SELP47K,。其結(jié)構(gòu)見(jiàn)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(guò)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(kāi)發(fā)新型的蛋白質(zhì)材料外，經(jīng)過(guò)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(guò)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(kāi)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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