CN108025082A - 多肽整料 - Google Patents

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CN108025082A CN201680040610.1A CN201680040610A CN108025082A CN 108025082 A CN108025082 A CN 108025082A CN 201680040610 A CN201680040610 A CN 201680040610A CN 108025082 A CN108025082 A CN 108025082A
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菲奥伦佐·G·奥米内托
戴维·L·卡普兰
B·马雷利
李春梅
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Tufts University
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Abstract

本申请涉及两亲性多肽材料、其制造方法和使用方法。所提供的两亲性多肽材料基于水并且使用全水性工艺制造。所提供的材料展现出封装和储存生物活性分子或大分子的能力。这类生物活性分子或大分子保持其结构和生物活性，使得这些生物活性分子或大分子不会因为工艺步骤或暴露而显著地降解、减少和/或受到抑制。所提供的材料具有独特的机械特性和结构特性，包括大小、密度、可塑性以及机械加工性。

Description

多肽整料
相关申请的交叉引用
本专利申请要求2015年7月28日提交的名为“多肽整料(PolypeptideMonoliths)”的第62/197,693号美国临时专利申请的优先权和权益，所述美国临时专利申请的内容以全文引用的方式并入本文中。
政府支持
本发明是在由美国国立卫生研究院(National Institutes of Health)授予的拨款号AR068048和美国空军科学研究办公室(Air Force Office of Scientific Research)授予的拨款号FA9550-10-1-0172的政府支持下完成的。政府享有本发明中的某些权利。
背景技术
整料是实心的并且连续的三维材料块状物。术语“整料”通常用于指这样的材料，其特征在于使材料能被加工成硬结构的特性(例如堆积密度、硬度、抗断裂性等)。因此，可以将适当大小的整料机械加工成所期望的形状。蛋白质/多肽整料因为各种原因而备受关注，这些原因包括其潜在的生物相容性和生物可降解性。另外，适当的整料材料可耐受纳入或并入例如可为块状物提供一些附加功能的添加剂。
发明内容
本公开尤其提供两亲性多肽材料。在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料的特征在于这类材料是三维的。在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料是三维“块状物”，在本文中也被称作“整料”。这类两亲性多肽材料当与已知整料进行比较时，展现出了独特的结构特征和特性。在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料是相对于任何已知的蛋白质/多肽整料材料来说，惊人的大的三维结构。在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料的特征在于能够使用机床对其进行机械加工。在一些实施例中，所产生的两亲性多肽材料是天然纤维的复制纳米级结构。
在一些实施例中，本公开还提供了制造和使用两亲性多肽材料的方法。
本公开的实施方案适用于大范围的应用，包括但不限于：防伪材料、生物材料、生物医学装置、商业产品、控制降解应用、控制释放应用、药物递送、药物释放、电子学、挤出注射成型、用于可调降解的材料、光学、矫形装置、光子学、生物学上不稳定化合物的保留、热不稳定化合物的保留、修复学、再生医学、机器人学、感测、组织工程应用、组织再生、组织支架、触发释放应用和/或伤口凝血。
在一些实施例中，多肽材料是或包含两亲性多肽和/或其片段。
在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料包含具有特定分子量的两亲性多肽和/或其片段。在一些实施例中，两亲性多肽和/或其片段包含具有不同分子量的两亲性多肽。在一些实施例中，两亲性多肽的平均分子量例如在约100Da与约400kDa之间。
在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料的特征在于密度。在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料的特征在于堆积密度。在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料所具有的堆积密度与天然多肽呈其丝心蛋白或球状结构形式时的密度类似。在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料的特征在于在整个材料内均一或连续的堆积密度。在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料具有微密度连续性。在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料具有纳米密度连续性。
在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料的特征在于密度接近天然两亲性多肽材料的密度。在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料的特征在于在约0.05kg/dm3与约5.0kg/dm3之间的密度。在一些实施例中，举例来说，当两亲性多肽是丝时，所提供的两亲性多肽材料的特征在于约1.4kg/dm3的密度。
在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料基于水。在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料含有残余水。在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料具有低结合溶剂含量。在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料基于水并且其特征在于低结合水含量。举例来说，在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料所具有的冻结的和非冻结的结合水含量小于50％。
在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料不含或基本上不含非水溶剂。在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料不含残余非水溶剂。
在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料的特征在于结构自组装的两亲性多肽。在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料自组装形成这样的三维结构。在一些实施例中，两亲性多肽包含疏水尾部、氨基酸区域以及亲水端。
在一些实施例中，两亲性多肽材料的亲水端被设计成使得分子可溶于水中。在一些实施例中，亲水端实现了或增强了两亲性多肽材料的生物功能。
在一些实施例中，两亲性多肽的疏水尾部被水排斥，因此这些尾部聚集。
在一些实施例中，两亲性多肽材料的氨基酸结构域的特征在于通过无序(即非晶)序列间隔的高度重复的(即结晶)氨基酸序列。在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料的氨基酸区域包括引发分子间相互作用并促进自组装的序列。在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料形成交联，交联推动蛋白质按长程有序的二级、三级和四级分子结构(例如β片层、卷曲体、螺旋体)折叠。因此，在一些实施例中，两亲性多肽的单独的结构域相互缔合并引起更大组装体的增长。
在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料的特征为结晶和/或包含纳米大小的结晶颗粒。在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料包含亚微米大小或纳米大小的晶体、结晶球体和/或颗粒。
在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料的特征在于其结晶形状。在一些实施例中，晶体具有高纵横比(即针形)。
在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料的特征在于两亲性多肽小球的网状物。在一些实施例中，微结构包含球状结构形式。在一些实施例中，微结构包含多个单独的小球。在一些实施例中，小球是纳米小球。在一些实施例中，小球的至少一个维度在约5nm与约45nm之间。
在一些实施例中，两亲性多肽小球通过彼此间的相互作用聚集。在一些实施例中，两亲性多肽小球的至少一个维度在约5nm与约30nm之间。在一些实施例中，多个球状结构的至少一个维度在约5nm与约30nm之间。在一些实施例中，单独的小球结构可相互聚集。
在一些实施例中，两亲性多肽小球通过彼此间的相互作用聚集。在一些实施例中，小球相互聚集，使得它们形成了联锁结构。在一些实施例中，两亲性多肽小球聚集，形成了大小为数十到数百纳米的结构。在一些实施例中，两亲性多肽小球聚集，形成了两亲性多肽纳米结构和微结构。在一些实施例中，两亲性多肽小球彼此相互作用，形成了致密的网状物。在一些实施例中，小球填充密度可影响所提供材料的机械特性。
在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料的特征为具有二级结构。在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料是基本上非晶、基本上结晶或其组合。在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料包含螺旋结构、β结构或其组合。在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料的特征在于这样的二级结构，这种二级结构的相对量或浓度在整块材料中是均一分布的和/或一致的。
在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料包含β片层结构并且其特征在于使材料展现出根据一个平面或一个方向的结晶排列的结晶取向。在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料的特征在于沿着这些不同的结晶学结构平面分开或裂开的趋势。
在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料的特征在于β片层特征。在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料的特征在于至少约40％β片层。在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料的特征在于至少约45％β片层。在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料的特征在于至少约50％β片层。在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料的特征在于至少约55％β片层。
在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料的特征在于韧性。在一些实施例中，韧性反映了对压力或冲击所造成的破坏的阈值抵抗性。在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料的特征在于断裂韧性，断裂韧性指示先前存在的裂纹扩散所需的压力量。
在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料的特征在于对外加压缩、膨胀、变形等的反应。在一些实施例中，举例来说，所提供的两亲性多肽材料的特征在于在约100Pa与约5000kPa之间的范围内的弹性模量值。在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料的特征在于在约500Pa与约100GPa之间的范围内的压缩模量值。在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料的特征在于在约1kPa与约3000kPa之间的范围内的储能模量值。在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料的特征在于对高达约1GPa的外加剪切应力所造成的变形的抵抗性。在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料的特征在于对约500N的外加拉拔力所造成的破坏的抵抗性。
在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料的特征在于它们包括在特定分子量范围内的两亲性多肽和其片段，因此如本文中所述，材料展示一种或多种所期望的特征。在一些实施例中，所提供的用于选择、设计和/或生产如本文所述的两亲性多肽材料的技术包括在特定分子量范围内的两亲性多肽材料的选择、设计和/或生产，以便提供具有一种或多种所期望的(例如，预先确定的所期望的)特征的材料。在一些实施例中，举例来说，所提供的两亲性多肽材料对外加压缩、膨胀或变形的反应与其两亲性多肽和/或其片段的分子量直接相关。在一些实施例中，当两亲性多肽和/或包含两亲性多肽材料的片段的分子量增加时，材料的压缩模量增加。在一些实施例中，当两亲性多肽和/或包含两亲性多肽材料的片段的分子量增加时，材料的剪切应力值增加。在一些实施例中，当两亲性多肽和/或包含两亲性多肽材料的片段的分子量增加时，材料的拉拔强度增加。
在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料展示各向异性。在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料展示机械特性方面的各向异性。在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料的特征在于这类材料的某些特性与晶体方向或与晶面的排列相关。
在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料的特征在于孔隙度。在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料所具有的孔隙度在约0.5％与约98.5％之间。
在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料的特征在于其大小。在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料的特征在于其尺寸，例如高度、宽度、深度、直径或其组合。在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料的特征在于其体积。
在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料是或形成块状物，其所具有的尺寸仅受材料的可获得性和/或用于形成这些材料的模板、模具或衬底的体积限制。
在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料是特征为连续的块状物或整料，连续性在于它们是或包含单件材料。在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料是宏观结构，贯穿其实际大小和/或体积，是实心的并且连续的。
在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料是这样的，它们可以按任何所期望的形状存在。在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料呈现衬底的形状，衬底例如模具或模板。在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料呈所期望的形状，因为在加工期间，使用了铸件、框架、成型机、模具、模板来使材料成型。在一些实施例中，举例来说，所提供的两亲性多肽材料在被加入、沉积、引入和/或倒入模板、模具中或衬底上并成型之后呈现所期望的形状。
在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料具有特定形状，因为材料被机械加工成了那种形状。在一些实施例中，使用标准机床、工具作业以及方法对所提供的两亲性多肽材料进行机械加工。在一些实施例中，举例来说，使用机器工具和/或手持工具以机械方式操作所提供的两亲性多肽材料。
在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料包含暴露表面。在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料的暴露表面大致平整。
在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料具有大约仅几纳米的表面粗糙度。在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料所具有的表面粗糙度的特征在于偏差小，因此这类表面能够实现电子元件的集成。在一些实施例中，举例来说，所提供的两亲性多肽材料具有小于约5nm的均方根(root mean square，RMS)表面粗糙度。
在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料展现热塑性。在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料易受热和压力的影响。在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料的特征在于它们可以采用至少两种不同状态：冷态和加热状态。在一些实施例中，在加热时，所提供的两亲性多肽材料因热和压力而变形或弯曲。在一些实施例中，举例来说，当加热超过约60℃时，当施加压力时，所提供的两亲性多肽材料从正常状态弯曲或变形。在一些实施例中，在不加热的情况下，这类材料不弯曲或不变形。
在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料的表面易受热和压力的影响。在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料的表面在压花时将展现来自压花的图案。在一些实施例中，对表面进行压花产生了具有约1nm的最小特征大小的图案。
在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料包含在其表面中或其表面上形成的图案。在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料包含在其表面中或其表面上形成的纳米图案。如本文所用的术语“经过纳米图案化”是指在表面上所提供的图案化，具有一定大小的结构特征，所述大小可以恰当地按纳米级度量，举例来说，根据本公开所用的图案化典型地在约一纳米与几微米之间。在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料可被成型、机械加工或以其它方式制造成光学装置，包括例如衍射光栅、光子晶体、光流体学装置、波导等等。在一些实施例中，使用所属领域中已知的方法，例如纳米压印，来形成所提供的两亲性多肽材料的表面中的图案或纳米图案。在一些实施例中，纳米压印包括使表面与其中形成有图案(例如纳米图案或微图案)的衬底接触。在一些实施例中，衬底表面使用电子束光刻形成。
在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料是生物相容的。
在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料含有、包含、包括、并入或储存添加剂、试剂和/或功能部分。在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料将添加剂、试剂和/或功能部分封装、包含、包括、并入和/或储存在其整体材料构建体内。
在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料将大分子和/或生物活性分子储存在其整体构建体中。在一些实施例中，添加剂、试剂和/或功能部分均匀分布在所提供的两亲性多肽材料中。在一些实施例中，相对于整个这种所提供的两亲性多肽材料，添加剂、试剂和/或功能部分集中在所提供的两亲性多肽材料的特定部分或区域中。在一些实施例中，添加剂、试剂和/或功能部分集中在这种所提供的两亲性多肽材料的表面上。
在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料包括添加剂、试剂和/或功能部分，所述添加剂、试剂和/或功能部分是或包含不稳定化合物。在一些实施例中，添加剂、试剂和/或功能部分是或包含大分子和/或生物活性分子。在一些实施例中，生物活性添加剂、试剂和/或功能部分具有生物功能。在一些实施例中，所提供的在细胞水平上包含生物活性/功能性添加剂、试剂和/或功能部分的两亲性多肽材料可用于或支持以下功能，例如攻击、防御、预防和/或保护。
在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料保留了所封装的生物活性添加剂、试剂和/或功能部分的活性。在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料被安排和构建成使得当在所提供的两亲性多肽材料中加入、封装、包含、包括、并入和/或储存生物活性添加剂、试剂和/或功能部分时，这类材料的特征在于这类添加剂、试剂和/或功能部分的结构和/或生物活性得以保留，使得它不会被显著地降解、减少和/或抑制。在一些实施例中，举例来说，当如本文所述将生物活性添加剂、试剂和/或功能部分封装在两亲性多肽材料中时，生物活性材料保留其活性，使得它不会被显著地降解、减少和/或抑制，长达一年。
在一些实施例中，在“正常”储存条件之外维持所提供的两亲性多肽材料。在一些实施例中，正常储存条件包括大约环境温度、压力和/或相对湿度。在一些实施例中，当暴露于“正常”储存条件之外时，所提供的两亲性多肽材料保留所封装的生物活性添加剂、试剂和/或功能部分的活性。
在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料是生物可降解的。
在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料的特征在于这类材料分解、降解、分层或溶解。在一些实施例中，基于丝纤蛋白的材料的特征在于这类材料分解、降解、分层或溶解，释放出添加剂、试剂和/或功能部分。
在一些实施例中，将所提供的两亲性多肽材料引入体内。在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料在存在于体内时分解、降解、分层或溶解。在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料在存在于体内时分解、降解、分层或溶解，但无显著免疫反应。在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料展现可预测的降解动力学。在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料在体内被再吸收并被天然组织替换。
在一些实施例中，本文所提供的技术和方法可制造两亲性多肽材料。
在一些实施例中，形成、制造、提供和/或制备两亲性多肽材料的方法包括将两亲性多肽溶液转换为两亲性多肽材料的步骤，两亲性多肽材料即固体。在一些实施例中，本文所提供的方法包含在不制备水凝胶中间体的情况下形成两亲性多肽材料。
在一些实施例中，形成、制造、提供和/或制备两亲性多肽材料的方法包括中间体凝胶形成步骤。在一些实施例中，用于将两亲性多肽溶液转换为固体的步骤包括溶液到凝胶到固体的转换。在一些实施例中，本文所提供的方法包含从水性两亲性多肽溶液形成水凝胶中间体。在一些实施例中，水凝胶中间体形成两亲性多肽材料。
在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料的机械特性可通过控制其制造工艺调节。
在一些实施例中，方法包含提供两亲性多肽和/或其片段。
在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料通过全水性工艺步骤产生。在一些实施例中，本公开还提供了通过仿生全水性工艺步骤制造和使用两亲性多肽材料的方法。在一些实施例中，两亲性多肽材料通过天然两亲性多肽结构的仿生工艺产生。
在一些实施例中，方法包含提供平均分子量在约100Da与约400kDa之间的两亲性多肽和/或片段。
在一些实施例中，方法包括提供水性两亲性多肽溶液。在一些实施例中，方法包含提供、制备和/或制造两亲性多肽溶液。在一些实施例中，两亲性多肽溶液包括溶剂，溶剂是水或包含水。在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料的制造方法在其制造过程中不包含、不使用或不需要有机溶剂和/或非水溶剂。
在一些实施例中，方法包括提供水性两亲性多肽溶液，所述溶液包含磷酸盐缓冲盐水(phosphate buffered saline，PBS)、达尔伯克氏改良伊格尔培养基(Dulbecco'sModified Eagle Medium，DMEM)、其它培养基、其它缓冲液或其组合。
在一些实施例中，方法包括提供水性两亲性多肽溶液，所述溶液是或包含浓度在约0.1％与约30％之间的范围内的两亲性多肽。在一些实施例中，方法包括提供水性两亲性多肽溶液，所述溶液是或包含浓度在约20％与约30％之间的范围内的两亲性多肽。
在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料通过使水性两亲性多肽溶液脱水产生。
在一些实施例中，本文所提供的方法包含使水性两亲性多肽溶液脱水。在一些实施例中，控制水的去除。在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料的机械特性可通过控制脱水(即除水)调节。
在一些实施例中，如上文所指出，诱导从溶液到固体的转换的方法不包括形成凝胶中间体。
在一些实施例中，诱导从溶液到固体的转换(即形成两亲性多肽材料)的方法不包括胶凝步骤或制备水凝胶中间体。在一些实施例中，本文所提供的方法包含通过可控地延迟凝胶中间体来对水性两亲性多肽溶液进行脱水，使得在不形成水凝胶中间体的情况下形成固体。
在一些实施例中，形成、制造、提供和/或制备两亲性多肽材料的方法包括将两亲性多肽溶液转换为固体的步骤。在一些实施例中，形成、制造、提供和/或制备两亲性多肽材料的方法包括使两亲性多肽溶液缓慢地脱水的步骤。
在一些实施例中，将水性多肽溶液转换为固体包括例如通过控制水性多肽溶液的pH和其浓度来使水溶液缓慢地脱水。在一些实施例中，控制水性两亲性多肽溶液的除水，例如通过改变pH、通过改变压力、通过改变温度或通过改变暴露时间。在一些实施例中，方法包含诱导pH接近中性或大约中性的溶液的转换。
在一些实施例中，形成、制造、提供和/或制备两亲性多肽材料的方法包括两亲性多肽溶液的除水步骤。在一些实施例中，除水包括使两亲性溶液在超过约0℃的温度下脱水。在一些实施例中，除水包括使两亲性溶液在超过约10℃的温度下脱水。
在一些实施例中，在从两亲性溶液中去除水之后，在高温下去除额外的水。在一些实施例中，高温介于约30℃与约60℃之间。
在一些实施例中，诱导从溶液到固体的转换包含在约10℃的温度下从溶液中去除水，形成固体，接着在约45℃的温度下从固体中去除水，形成材料。
在一些实施例中，形成、制造、提供和/或制备两亲性多肽材料的方法包括仿生工艺。在一些实施例中，方法包含诱导溶液到固体的转换。
在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料的特征在于两亲性多肽小球的网状物。在一些实施例中，小球是纳米小球。在一些实施例中，小球的至少一个维度在约5nm与约45nm之间。
在一些实施例中，两亲性多肽小球通过彼此间的相互作用聚集。在一些实施例中，两亲性多肽小球的至少一个维度在约5nm与约30nm之间并且彼此间形成相互作用，使得它们聚集。在一些实施例中，小球相互聚集，使得它们形成了联锁结构。在一些实施例中，两亲性多肽小球聚集，形成了大小为数十到数百纳米的联锁结构。在一些实施例中，两亲性多肽小球彼此相互作用，形成了致密的网状物。在一些实施例中，小球填充密度可影响所提供材料的机械特性。
在一些实施例中，形成、制造、提供和/或制备两亲性多肽材料的方法包括使两亲性多肽溶液缓慢地脱水形成25-30％溶液的步骤。在一些实施例中，将缓慢脱水步骤控制在约8的pH下以防止形成水凝胶。在一些实施例中，将浓缩后的两亲性多肽溶液加载到模具中并且另外在超过0℃下脱水。在一些实施例中，将浓缩后的两亲性多肽溶液加载到模具中并且另外在超过10℃下脱水。在一些实施例中，通过另外在高温下，例如在约30℃到约60℃下脱水，去除任何剩余的水。
在一些实施例中，如上文所指出，两亲性多肽材料的制造方法包括在形成两亲性多肽凝胶中间体之后将水性多肽溶液转换为固体。在一些实施例中，两亲性多肽材料的制造方法包括溶液-凝胶-固体转变。在一些实施例中，方法包括将水性多肽溶液转换为凝胶。在一些实施例中，方法包括使凝胶脱水形成固体。
在一些实施例中，本发明方法包含在两亲性多肽溶液中诱导溶胶-凝胶转变。
在一些实施例中，本发明方法包含通过溶胶-凝胶转变来转变两亲性多肽溶液，形成两亲性多肽凝胶。在一些实施例中，将水性多肽溶液转换为固体包括通过所属领域中已知的手段形成两亲性多肽凝胶中间体。在一些实施例中，从两亲性多肽溶液到两亲性多肽凝胶的转变方法包括例如以下步骤：电胶凝、声处理、涡旋、更改溶液pH、更改溶液温度、使溶液暴露于极性溶剂等。在一些实施例中，凝胶自组装。在一些实施例中，两亲性多肽凝胶可通过溶胶-凝胶转变通过所属领域的技术人员已知和/或文献中已有报道的任何方法形成。
在一些实施例中，当两亲性多肽的聚合物链发生化学交联或物理交联时，通过溶胶-凝胶转变发生了胶凝。在一些实施例中，通过化学试剂(例如交联剂)或物理刺激(例如pH和/或温度)触发交联，形成网状物。在一些实施例中，交联包含形成二级结构，如螺旋结构、β结构或其组合。
在一些实施例中，方法包含调整结晶度，例如，在凝胶制造期间，通过调节溶胶-凝胶转变，先验地发生所提供的两亲性多肽材料的β片层含量的百分比增加。在一些实施例中，增加结晶度的步骤是已知的。
在一些实施例中，方法包含在所提供的两亲性多肽材料中诱导各向异性。在一些实施例中，举例来说，在溶胶-凝胶转变期间，通过施加电场来诱导各向异性。在一些实施例中，方法包含促进多晶型现象。
在一些实施例中，方法包含诱导结晶取向。在一些实施例中，方法包含使重复结构的长度达到最大。
在一些实施例中，将两亲性多肽凝胶注入、插入、放入、倒入、压入和/或转移到模具和/或衬底中。在一些实施例中，模具和/或衬底维持和/或保留两亲性多肽凝胶的确定形状。
在一些实施例中，本发明方法包含在两亲性多肽凝胶中诱导凝胶到固体的转变。
在一些实施例中，将水性多肽溶液转换为固体包括提供两亲性多肽凝胶。在一些实施例中，两亲性多肽材料的形成方法包括使两亲性多肽凝胶脱水。
在一些实施例中，通过从凝胶中去除游离水实现凝胶-固体转变。在一些实施例中，通过去除至少一些冻结的结合水实现凝胶-固体转变。在一些实施例中，通过控制蒸发和/或通过使两亲性多肽凝胶脱水，将两亲性多肽凝胶颗粒融合成固体两亲性多肽材料，实现凝胶-固体转变。
在一些实施例中，使两亲性多肽脱水引起了固体两亲性多肽材料的自组装。在一些实施例中，自组装通过以下发生：在形成β片层的氨基酸之间形成氢键与尾部的疏水塌缩相组合，产生胶束。
在一些实施例中，脱水和从凝胶形成固体发生在环境条件下。在一些实施例中，脱水需要时间来除水。
在一些实施例中，两亲性多肽凝胶的脱水时间取决于其大小和几何结构。在一些实施例中，凝胶越大导致脱水时间越长。在一些实施例中，具有低暴露表面积的几何结构的凝胶的脱水时间较长。
在一些实施例中，两亲性多肽凝胶的脱水时间取决于浓度。在一些实施例中，举例来说，低两亲性多肽浓度和较高的溶剂含量导致较长的脱水时间。
在一些实施例中，可通过改变条件来加速脱水，例如温度、压力、湿度、加入加压气流、增加加压气体的流速等。在一些实施例中，凝胶-固体转变条件保持不变，举例来说，设定好温度并保持在凝胶-固体转变过程中温度不变。在一些实施例中，凝胶-固体转变条件随机地或根据所设定的匀变速率变化。
在一些实施例中，通过使两亲性多肽凝胶在约0℃与约90℃之间的温度下脱水来实现凝胶-固体转变。在一些实施例中，在较高温度下，凝胶-固体转变较快。在一些实施例中，通过使两亲性多肽凝胶在室温下脱水来实现凝胶-固体转变。
在一些实施例中，通过使两亲性多肽凝胶在一定压力下脱水来实现凝胶-固体转变。在一些实施例中，通过使两亲性多肽凝胶在超过大气压的压力下脱水来实现凝胶-固体转变。在一些实施例中，在较高压力下，凝胶-固体转变较快。在一些实施例中，通过使两亲性多肽凝胶在大气压下脱水来实现凝胶-固体转变。
在一些实施例中，通过使两亲性多肽凝胶在约0％与约70％之间的相对湿度下脱水来实现凝胶-固体转变。在一些实施例中，在较低湿度下，凝胶-固体转变较快。
在一些实施例中，通过将两亲性多肽凝胶暴露于加压气体中使这种两亲性多肽凝胶脱水来实现凝胶-固体转变。在一些实施例中，当使用加压气体时，凝胶-固体转变较快。在一些实施例中，气体是或包含氮气、氩气、二氧化碳、压缩干燥空气、氧气、氖气、氦气以及所属领域中已知的其它气体。
在一些实施例中，通过将两亲性多肽凝胶密封于含干燥剂的干燥器中使两亲性多肽脱水来实现凝胶-固体转变。在一些实施例中，干燥剂是在它的附近诱导或维持干燥状态的吸湿物质。
在一些实施例中，干燥剂是或包含氧化铝、铝汞齐、氧化钡、高氯酸钡、硼酐、氯化钙(无水)、氧化钙、硫酸钙(无水)、硫酸铜(II)(无水)、镁汞齐、高氯酸镁(无水)、硫酸镁(无水)、五氧化二磷、钾(金属)、碳酸钾(无水)、硅胶、钠(金属)、氢氧化钠、钠钾合金、硫酸钠(无水)、硫酸(浓)。
在一些实施例中，根据本发明方法制造的所提供的两亲性多肽材料包括不到1周的制造时间。
在一些实施例中，通过形成液-液界面使两亲性多肽脱水来实现凝胶-固体转变，其中通过在凝固浴中扩散，通过准静态去除溶剂，两亲性多肽材料形成。
在一些实施例中，封装、包含、包括、并入和/或储存步骤发生在凝胶到固体的转变期间/之后。在一些实施例中，将至少一种添加剂、试剂和/或功能部分封装、包含、包括、并入和/或储存在两亲性多肽材料中。
在一些实施例中，如本文中所公开的两亲性多肽材料的形成方法包含封装、包含、包括、并入和/或储存至少一种添加剂、试剂和/或功能部分。在一些实施例中，至少一种添加剂、试剂和/或功能部分是生物不稳定化合物、生物活性或功能性化合物。在一些实施例中，至少一种添加剂、试剂和/或功能部分不是生物不稳定化合物，例如致孔剂。
在一些实施例中，封装、包含、包括、并入和/或储存步骤发生在溶液中和/或溶胶-凝胶转变之前。在一些实施例中，将添加剂、试剂和/或功能部分中的至少一个引入两亲性多肽溶液中。
在一些实施例中，如本文中所公开的两亲性多肽材料的形成方法包含封装、包含、包括、并入和/或储存至少一种添加剂、试剂和/或功能部分。在一些实施例中，方法包含在溶胶-凝胶转变期间的封装、包含、包括、并入和/或储存步骤。在一些实施例中，方法包含在溶胶-凝胶转变期间的封装、包含、包括、并入和/或储存步骤，发生在基本上胶凝之前或在两亲性多肽溶液中已发生基本上胶凝之后。在一些实施例中，封装、包含、包括、并入和/或储存步骤发生在溶胶-凝胶转变之后。在一些实施例中，将至少一种添加剂、试剂和/或功能部分封装、包含、包括、并入和/或储存在两亲性多肽凝胶中。
在一些实施例中，本发明方法包含在环境条件下制造两亲性多肽材料，条件例如温度、压力、空气流/气流和/或湿度，如本文所述。在一些实施例中，全水性和环境工艺条件是生物相容的。在一些实施例中，生物相容性加工是有利的，这使得生物活性材料不会在材料形成期间受到不利影响。
在一些实施例中，方法包含在固体形成之后，通过所属领域的技术人员已知的后处理技术，后验地调整所提供的两亲性多肽材料的结晶度，后处理技术例如加热、浸没在极性溶剂中等。
在一些实施例中，方法包括更改两亲性多肽和/或两亲性多肽的表面的步骤，如机械加工、用手持工具操作。在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料是可机械加工的。在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料的特征在于，相对于其初始体积，机械加工减小了其体积。在一些实施例中，机械加工减小了所提供的两亲性多肽材料的体积，形成了具有确切形状的结构。
在一些实施例中，方法包括更改两亲性多肽和/或两亲性多肽的表面的步骤，如压花、纳米压印。在一些实施例中，纳米压印或压花步骤改变了表面特征(例如压印衍射光栅)。在一些实施例中，压印或压花步骤包括形成几纳米到数百毫米之间的结构。
在一些实施例中，使用各向异性来调整所提供的两亲性多肽材料的特性和/或力学。在一些实施例中，使用后处理技术诱导各向异性。在一些实施例中，所提供的方法包括在材料干燥阶段(即凝胶-固体转变或溶液到固体)在所提供的两亲性多肽材料中诱导各向异性。在一些实施例中，在所提供的两亲性多肽材料中诱导各向异性通过将凝胶半限制在不透水环境中，引起优先水蒸发来进行。
在一些实施例中，所提供的两亲性材料的机械特性是可调的。在一些实施例中，所提供的两亲性材料的可调机械特性包括例如脆性、压缩性、结晶度、延性、弹性、机械加工性、剪切应力等。在一些实施例中，所提供的两亲性材料的机械特性可通过在形成期间改变其残余结合水含量调节。在一些实施例中，材料可通过在形成期间改变其密度来调节。在一些实施例中，材料可通过在形成期间改变其多肽分子量来调节。在一些实施例中，材料可通过在形成期间改变其多肽溶液浓度来调节。在一些实施例中，材料可通过在形成期间改变其溶液pH来调节。在一些实施例中，材料可通过胶凝时间选择和条件来调节。
附图说明
通过结合附图参考以下说明，本公开的以上和其它目标、方面、特征以及优势将变得更加明显并且更好了解，在附图中：
图1显示借以形成丝纤蛋白整料的全水工艺。图1在图(a)显示丝溶液到溶胶-凝胶到凝胶-固体的转变。丝纤蛋白溶胶-凝胶转变通过先前所报道的方法实现。溶胶-凝胶转变实现了分子间和分子内交联的形成。然后通过暴露于静止空气或加压空气进行除水，产生致密的并且半透明的类似琥珀色的丝纤蛋白块状物，将凝胶转化为固体整料。图1在图(b)显示丝溶液。图1在图(c)显示溶胶-凝胶转变。图1在图(d)显示凝胶-固体转变。
图2显示丝纤蛋白整料的形态表征。图2在图(a)显示丝纤蛋白整料的扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope，SEM)图像。图2在图(b)显示丝纤蛋白整料的原子力显微术(Atomic Force Microscope，AFM)图像。图2在图(c)显示光滑表面的形成的AFM分析，RMS是几纳米。
图3显示通过电胶凝获得的丝纤蛋白整料的光谱表征。图3在图(a)显示使用μ拉曼分析(μRaman analysis)来监测整料形成过程中的丝纤蛋白构象变化。图3在图(b)显示ATR-FTIR，其中酰胺I峰的中心在1621cm-1处，用于具有高度结晶、反向平行β片层结构的丝纤蛋白整料。图3在图(c)显示X射线衍射(2θ峰在约8和21处)测量结果。
图4显示丝纤蛋白整料的机械特性。通过压缩试验评估圆柱形样本，从而评定通过电胶凝获得的丝整料的机械特性。可看到固体整料的致密化行为的三个典型区域。如所显示的，这些区域包括：线性弹性、平稳段以及致密化。
图5显示丝纤蛋白整料和照明的作用。图5在图(a)和图(b)显示批量加载有Au纳米棒(Au nanorods，AuNR)并被机械加工成1cm螺钉的丝纤蛋白整料。图5在图(c)显示用LED对整体加载有Au纳米棒(AuNR)并被机械加工成1cm螺钉的丝纤蛋白整料进行照明。
图6显示丝纤蛋白整料和其表面热塑性。图6在图(a)显示丝纤蛋白整料的图案化表面。图(a)说明大小为约50×50×5mm的丝纤蛋白整料，其已在凝胶-固体转变过程中在室温下通过在100kPa下(方法在10Pa-500MPa范围内有效)压花发生了表面图案化。材料的塑性变形在-80℃到220℃之间的温度下随时间保持稳定(长达2个月，甚至更久)。图6在图(b)显示与图案化表面相对的丝纤蛋白整料表面，展现整料的透明度/光学特性。
图7显示丝纤蛋白整料和其体积热塑性。图7在图(a)显示一端已被夹持的丝纤蛋白针状物(l＝60mm)的摄影图像。针状物的相对端承载200g载荷。图7在图(b)显示对应于图(a)的照片的针状物的红外热成像术(infrared thermography，IRT)图像。图7在图(c)显示一端已被夹持的丝纤蛋白针状物(l＝60mm)的摄影图像。针状物的相对端承载200g载荷。用热风枪给针状物加热。图7在图(d)显示对应于图(c)的照片的针状物的红外热成像术(IRT)图像。图7在图(e)显示末端之一被夹持的丝纤蛋白针状物(l＝60mm)的摄影图像。针状物的相对端承载200g载荷。用热风枪给针状物加热。图7在图(f)显示对应于图(e)的照片的针状物的红外热成像术(IRT)图像。
图8显示丝纤蛋白整料以及其保留和释放热不稳定分子的能力。图8在图(a)显示四个被机械加工成螺钉的丝纤蛋白整料的摄影图像。图8在图(a)最左边标注“无HRP”，显示没有辣根过氧化物酶(horse radish peroxidase，“HRP”)被批量加载到整料中的被机械加工成螺钉的丝纤蛋白整料。图8在图(a)左起第二标注“低HRP”，显示0.2U/10mg丝HRP已被批量加载到整料中的被机械加工成螺钉的丝纤蛋白整料。图8在图(a)右起第二标注“中等HRP”，显示1U/10mg丝HRP已被批量加载到整料中的被机械加工成螺钉的丝纤蛋白整料。图8在图(a)最右边标注“高HRP”，显示2U/10mg丝HRP已被批量加载到整料中的被机械加工成螺钉的丝纤蛋白整料。图8在图(b)显示被机械加工成螺钉并被浸没在溶剂中的丝纤蛋白整料的摄影图像。图像显示在T＝0秒时或在浸没同时的螺钉。图8在图(b)左边标注“无HRP”，显示没有HRP被批量加载到整料中的被机械加工成螺钉并被浸没在溶剂中的丝纤蛋白整料，T＝0秒。图8在图(b)右边标注“中等HRP”，显示1U/10mg丝HRP已被批量加载到整料中的被机械加工成螺钉并被浸没在溶剂中的丝纤蛋白整料，T＝0秒。图8在图(c)显示被机械加工成螺钉并被浸没在溶剂中的丝纤蛋白整料的摄影图像。图像显示T＝20秒时的螺钉。图8在图(c)左边标注“无HRP”，显示没有HRP被批量加载到整料中的被机械加工成螺钉并被浸没在溶剂中的丝纤蛋白整料，T＝20秒。图8在图(c)右边标注“中等HRP”，显示1U/10mg丝HRP已被批量加载到整料中的被机械加工成螺钉并被浸没在溶剂中的丝纤蛋白整料，T＝20秒。
图9显示比较在水性条件下和在六氟异丙醇HFIP中制备的不同分子量的整料的压缩模量的图。
图10显示比较在水性条件下和在六氟异丙醇HFIP中制备的不同分子量的整料的剪切应力的图。
图11显示比较在水性条件下和在六氟异丙醇HFIP中制备的不同分子量的整料的拉拔强度的图。
图12显示仿生丝材料的制造工艺和表征的示意性图解。图12在图(a)显示蚕的纺丝甬道的图解。图12在图(b)显示通过丝水溶液的仿生逐步脱水获得的固体丝材料。(1)将丝溶液浓缩到25-30％(wt/wt)。(2)将浓缩后的丝溶液注入丝坯模中。(3)在10℃下通过加压气流除水，持续3到4天。(4)通过持续4天在通风橱中干燥，然后持续4天在烘箱中在45℃下干燥，来去除剩余的水。(5)将丝坯料机械加工成具有所期望的几何结构的矫形装置。图12在图(c)显示从仿生丝材料机械加工得到的各种形状(标尺＝1cm)。图12在图(d)、图(e)显示丝棒截面的SEM图像，并且图12在图(f)显示丝棒截面的AFM图像，丝棒的直径(标尺：40μm)在图12的图(d)中是1.5mm，在图12的图(e)中是2μm，并且在图12的图(f)中是200nm。图12在图(g)显示丝材料的FTIR谱图(曲线A：冻干的浓缩丝溶液；曲线B：在10℃和室温下脱水之后获得的丝材料；以及曲线C：机械加工前的丝坯料)。图12在图(h)显示仿生丝材料的真应力-应变曲线。图12在图(i)显示仿生丝材料与天然丝材料、骨骼、聚合物、陶瓷以及金属/合金的比强度和比模量的比较。(在自然出版集团(nature publishing group)允许的情况下加以改编，参见U.G.K.Wegst,14《自然·材料(Nature Mater.)》,23(2015))。在本研究中，黄色椭圆表示丝和丝/羟基磷灰石(hydroxyapatite，HAP)材料。图12在图(j)显示丝分子通过如本文中所公开的仿生制造工艺的结构演变。
图13显示丝矫形装置。图13在图(a)显示具有HA螺纹的骨螺钉。(标尺＝5mm)。螺钉的大径是约1.8mm并且间距是600μm。图13在图(b)显示皮质骨螺钉的SEM图像(标尺＝100μm)。图13在图(c)显示直径1.5mm的丝IM棒，标尺＝5mm。图13在图(d)显示丝IM棒的SEM图像，标尺＝5m。图13在图(e)显示长度29mm并且厚度2mm的四孔丝板(标尺＝5mm)。图13在图(f)显示丝板的碾磨过的表面的SEM图像(标尺＝100μm)。图13在图(g)显示通过双搭接剪切机械试验得到的直径1.5mm的丝针状物的代表性剪切强度-位移曲线。图13在图(h)显示通过四点弯曲试验获得的长度29mm并且厚度2mm的四孔丝板的代表性载荷-位移曲线。图13在图(i)显示仿生丝材料的组装过程的模型。在浓缩后的丝溶液中，丝分子形成寡聚体。脱水导致丝分子缩合并组装成密集填充的固体材料。
图14显示基于丝的功能化矫形装置。图14在图(a)到图(j)显示通过并入了BMP-2/P24的丝螺钉诱导的人间叶干细胞(hMSC)的体外分化。图14在图(a)显示说明体外细胞培养设置的示意图。将并入了BMP-2/P24的丝螺钉插入到孔径为400-500μm的管状丝海绵状物中，并在海绵状物中接种hMSC。在成骨培养基中培养6周之后，通过针对HAP的OsteoImage荧光染色评估hMSC的成骨分化。图14在图(b)、图(e)和图(h)显示透射光，图14在图(c)、图(f)和图(i)显示荧光图像。图14在图(b)到图(d)显示覆盖图像，展示成骨对照中的矿化图案。图14在图(e)到图(g)显示覆盖图像，展示BMP-2中的矿化图案。图14在图(h)到图(j)显示覆盖图像，展示P24组中的矿化图案。(标尺＝200μm)。图14在图(k)显示含有5％(wt/wt)环丙沙星(ciprofloxacin)的骨板(标尺＝5mm)。图14在图(l)显示针对金黄色葡萄球菌(S.aureus)培养物，在释放环丙沙星的丝棒周围形成了一个明显的抑制区(标尺＝1mm)。图14在图(m)显示在36天内，来自并入了环丙沙星的丝棒的环丙沙星的累积释放。图14在图(n)和图(q)显示螺钉的大径是约1.8mm。图14在图(o)和图(r)显示光学图像。图14在图(p)和图(s)显示SEM图像。图14在图(n)到图(p)显示丝/HAP(90/10wt/wt)的FTIR谱图并且图14在图(q)到图(s)显示具有HA骨螺纹的丝/二氧化硅(90/10wt/wt)复合螺钉。图14在图(n)和图(q)中标尺＝5mm，并且图14在图(o)和图(r)中标尺＝100μm。
图15显示丝块状材料的替代制造工艺的示意性图解。图15在路径(a)显示预胶凝工艺。丝坯料可被机械加工成针状物、螺钉和板。图15在路径(b)显示快速脱水工艺。
图16显示用于制造丝坯料的预胶凝工艺。图16在图(a)显示由25％SF溶液在室温下孵育约7天之后获得的水凝胶(标尺＝5mm)。图16在图(b)显示在水凝胶脱水之后的固体丝坯料(标尺＝5mm)。图16在图(c)显示具有HA骨螺钉螺纹的螺钉(标尺＝5mm)。(d)螺钉的SEM图像(标尺＝100μm)。图16在图(e)显示SEM图像，显示螺钉表面形态(标尺＝2μm)。
图17在图(a)显示丝骨螺钉表面的SEM图像。(标尺＝10μm)。图17在图(b)显示从通过快速脱水工艺获得的丝坯料机械加工的丝针状物的截面的AFM图像。标尺＝200nm
图18显示4孔板(长度29mm，宽度7mm，厚度2mm，直径1.6/3mm的孔放置在距离末端3.5mm处并且相隔4.5mm)的图画。图18在图(a)显示4孔板的俯视图。图18在图(b)显示4孔板的侧视图。图18在图(c)显示4孔板的孔的放大图。
图19显示丝矫形装置的机械试验固定装置。图19在图(a)显示剪切强度固定装置的顶部和底部。图19在图(b)显示板弯曲固定装置。(标尺＝1cm)。
图20显示丝棒中所并入的BMP-2的免疫染色和从丝棒释放的BMP-2的生物活性。图20在图(a)显示并入了BMP-2的丝棒。图20在图(b)显示仅具有第二抗体的并入了BMP-2的丝棒。图20在图(c)显示丝棒。(标尺＝500μm)。图20在图(d)到图(f)显示碱性磷酸酶染色。图20在图(g)到图(i)从丝棒释放的BMP-2的OsteoImage染色。图20的图(d)和图20的图(g)显示生长培养基对照。图20在图(e)和图(h)显示成骨对照。图20在图(f)和图(i)显示成骨培养基中的并入了BMP-2的丝棒。(标尺＝100μm)。在存在并入了BMP2的丝棒的情况下增强的ALP活性和羟基磷灰石形成证明了从丝棒释放的BMP2的生物活性。在(a)到(c)中标尺＝500μm，并且在(d)到(f)中标尺＝100μm。
定义
为了使本公开更容易理解，下面首先对某些术语进行定义。以下术语和其它术语的其它定义阐述在整个说明书中。
在本申请中，除非上下文另外清楚地指出，否则术语“一个/一种(a)”可理解为意指“至少一个/一种”。如本申请中所使用，术语“或”可理解为意指“和/或”。在本申请中，术语“包含”和“包括”可理解为涵盖详细列举的组分或步骤，无论是单独地还是连同一个或多个另外的组分或步骤一起存在。除非另外说明，否则术语“约”和“大约”可理解为允许如所属领域的技术人员所理解的标准偏差。本文中在提供范围的情况下是包括终点在内的。如本申请中所使用，术语“包含(comprise)”和所述术语的变体，如“包含(comprising)”和“包含(comprises)”，并不打算排除其它添加剂、组分、整数或步骤。
如本申请中所使用，术语“约”和“大约”作为等效词语使用。在存在或不存在约/大约的情况下，本申请中所用的任何数值都意味着涵盖相关领域中普通技术人员所了解的任何正常波动。在某些实施例中，除非另外说明或根据上下文明显不同(将超过可能值的100％的数字除外)，否则术语“大约”或“约”是指在规定参考值的任一方向(大于或小于)的25％、20％、19％、18％、17％、16％、15％、14％、13％、12％、11％、10％、9％、8％、7％、6％、5％、4％、3％、2％、1％或小于1％之内的值范围。
“给药”：如本文所用的术语“给药”是指给予受试者组合物。给药可以通过任何恰当途径。举例来说，在一些实施例中，给药可以经支气管(包括通过支气管滴注)、经颊、肠内、皮间、动脉内、皮内、胃内、髓内、肌肉内、鼻内、腹膜内、鞘内、静脉内、脑室内、经粘膜、经鼻、经口、经直肠、皮下、舌下、局部、经气管(包括通过气管内滴注)、经皮、经阴道以及经玻璃体。
“亲和力”：如所属领域中已知，“亲和力”是特定配体与其配偶体的结合紧密度的量度标准。亲和力可以用不同方式测量。在一些实施例中，通过定量分析来测量亲和力。在一些此类实施例中，可将结合配偶体浓度固定在超过配体浓度，以便模拟生理条件。或者或另外，在一些实施例中，结合配偶体浓度和/或配体浓度可不同。在一些此类实施例中，可比较亲和力与类似条件(例如浓度)下的参考值。
“试剂”：如本文所用的术语“试剂”可指任何化学类别的化合物或实体，包括例如多肽、核酸、糖、脂质、小分子、金属或其组合。如从上下文清楚地知道，在一些实施例中，试剂可以是或包含细胞或生物体、或其部分、提取物或组分。在一些实施例中，试剂是试剂是或包含天然产物，因为它是在自然界中发现的和/或从自然界中获得的。在一些实施例中，试剂是或包含一个或多个人造实体，因为它是通过人手的操作所设计、工程改造和/或产生的，和/或不是在自然界中发现的。在一些实施例中，可采用已分离形式或纯净形式的试剂；在一些实施例中，可采用粗制形式的试剂。在一些实施例中，提供潜在试剂作为集合或库，例如可对所述集合或库进行筛选来鉴别或表征其中的活性剂。可根据本公开采用的试剂的一些特定实施例包括小分子、抗体、抗体片段、适体、siRNA、shRNA、DNA/RNA杂交体、反义寡核苷酸、核糖酶、肽、肽模拟物、小分子等。在一些实施例中，试剂是或包含聚合物。在一些实施例中，试剂不是聚合物和/或基本上不含任何聚合物。在一些实施例中，试剂含有至少一个聚合部分。在一些实施例中，试剂不含或基本上不含任何聚合部分。
“类似物”：如本文所用的术语“类似物”是指与参考物质共用一个或多个特定结构特征、要素、组分或部分的物质。通常，“类似物”与参考物质显示出显著的结构类似性，例如共用核心或共同结构，但在某些个别方面也有不同。在一些实施例中，类似物是可以通过参考物质的化学操作由参考物质产生的物质。在一些实施例中，类似物是可以通过执行基本上类似于(例如共用多个步骤)产生参考物质的工艺的合成工艺产生的物质。在一些实施例中，类似物通过或可以通过执行不同于用于产生参考物质的工艺的合成工艺产生。
“氨基酸”：如本文所用的术语“氨基酸”在其最广泛意义上是指任何可例如通过一个或多个肽键的形成而被并入多肽链中的化合物和/或物质。在一些实施例中，氨基酸具有通用结构H2N-C(H)(R)-COOH。在一些实施例中，氨基酸是天然产生的氨基酸。在一些实施例中，氨基酸是合成氨基酸；在一些实施例中，氨基酸是D-氨基酸；在一些实施例中，氨基酸是L-氨基酸。“标准氨基酸”是指天然存在的肽中常见的二十种标准L-氨基酸中的任一种。“非标准氨基酸”是指除标准氨基酸以外的任何氨基酸，不管它是以合成方式制备的还是从天然来源获得的。在一些实施例中，氨基酸，包括多肽中的羧基端和/或氨基端氨基酸，相比于本文中的通用结构可以含有结构修饰。举例来说，在一些实施例中，相比于通用结构，可通过甲基化、酰胺化、乙酰化和/或取代对氨基酸进行修饰。在一些实施例中，相比于含有其它方面相同的未经过修饰的氨基酸的多肽，这种修饰例如可更改含有经过修饰的氨基酸的多肽的循环半衰期。在一些实施例中，相比于含有其它方面相同的未经过修饰的氨基酸的多肽，这种修饰不显著更改含有经过修饰的氨基酸的多肽的相关活性。如从上下文清楚地知道，在一些实施例中，术语“氨基酸”用于指游离氨基酸；在一些实施例中，它用于指多肽的氨基酸残基。
“抗体”：如本文所用的术语“抗体”是指一种多肽，它包括足以赋予与特定靶抗原的特异性结合的典型免疫球蛋白序列元件。如所属领域中已知，如在自然界中产生的完整抗体是约150kD四聚体试剂，由两条相同的重链多肽(各约50kD)和两条相同的轻链多肽(各约25kD)组成，这些多肽相互结合成通常被称为“Y形”结构的物质。每条重链由至少四个结构域(各长约110个氨基酸)组成：氨基端可变(VH)结构域(位于Y结构的顶端)，接着是三个恒定结构域：CH1、CH2和羧基端CH3(位于Y的茎的底部)。被称为“转换区(switch)”的一个短区域连接重链可变区与恒定区。“铰链”将CH2和CH3结构域连接到抗体的其余部分上。这个铰链区中的两个二硫键使完整抗体中的两个重链多肽彼此连接。每条轻链由两个结构域组成：氨基端可变(VL)结构域，接着是羧基端恒定(CL)结构域，这两个结构域通过另一个“转换区”相互隔开。完整抗体四聚体由两个重链-轻链二聚体组成，其中重链和轻链通过单个二硫键互相连接；另外两个二硫键使重链铰链区互相连接，使得二聚体互相连接并形成四聚体。天然产生的抗体也被糖基化，通常是在CH2结构域上。天然抗体中的每个结构域都具有这样一种结构，其特征在于由两个β片层(例如3、4或5股折叠)按压缩反向平行β桶形式相互填充形成的“免疫球蛋白折叠”。每个可变结构域含有三个被称为“互补决定区”的高变环(CDR1、CDR2和CDR3)和四个在某种程度上不变的“框架”区(FR1、FR2、FR3和FR4)。当天然抗体折叠时，FR区形成为结构域提供结构框架的β片层，而来自重链和轻链的CDR环区则在三维空间中聚在一起，使得它们产生位于Y结构的顶端的单个高变抗原结合位点。抗体多肽链的氨基酸序列比较定义了两个轻链(κ和λ)类别、若干重链(例如μ、γ、α、ε、δ)类别以及某些重链亚类(α1、α2、γ1、γ2、γ3和γ4)。根据所采用的重链序列的类别定义抗体类别(IgA[包括IgA1、IgA2]、IgD、IgE、IgG[包括IgG1、IgG2、IgG3、IgG4]、IgM)。出于本公开的目的，在某些实施例中，任何包括足够的如在天然抗体中所发现的免疫球蛋白结构域序列的多肽或多肽复合物都可被称为和/或用作“抗体”，无论这种多肽是天然产生的(例如通过生物体对抗原的反应产生)，还是通过重组性工程改造、化学合成或其它人工系统或方法产生的。在一些实施例中，抗体是单克隆的；在一些实施例中，抗体是单克隆的。在一些实施例中，抗体具有表示小鼠、兔、灵长类动物或人类抗体的特征的恒定区序列。在一些实施例中，如所属领域中已知，抗体序列元件是人源化的、灵长类化的、嵌合的等。此外，在适当的实施例中，(除非另外说明或上下文另外清楚地指出，否则)如本文所用的术语“抗体”应理解为可以指所属领域中已知的或所研发的以替代性呈现方式捕捉抗体结构特征和功能特征的构建体或形式中的任一个。举例来说，在一些实施例中，所述术语可以指双特异性或其它多特异性(例如zybodies等)抗体、小模块免疫药物(Small Modular ImmunoPharmaceuticals，“SMIPsTM”)、单链抗体、卵形抗体(cameloid antibody)和/或抗体片段。在一些实施例中，抗体可缺乏天然产生的情况下将具有的共价修饰(例如聚糖的连接)。在一些实施例中，抗体可含有共价修饰(例如聚糖、有效负载[例如可检测部分、治疗部分、催化部分等]或其它侧基[例如聚乙二醇等]的连接)。
“物品”：如本文所用的术语“物品”是材料的制成形式。在一些实施例中，物品可以是块状物、构建体、织物、纤维、膜、泡沫、凝胶、植入物、垫子(例如编织垫和/或非编织垫)、网、针、颗粒、粉末、支架、薄片或管子。在一些实施例中，物品呈干燥(例如冻干)形式。在一些实施例中，物品含有液体或溶剂(例如水性液体或有机液体)；在一些此类实施例中，液体是或包含水(例如如可以凝胶形式存在，如水凝胶)。
“缔合”或“与……缔合”：如本文所用的术语“缔合”或“与……缔合”通常是指两个或更多个实体彼此直接或间接(例如，通过一个或多个充当连接剂的额外实体)地物理接近，形成足够稳定的结构，使得实体在相关条件，例如生理条件下保持物理接近。在一些实施例中，缔合实体彼此共价连接。在一些实施例中，缔合实体非共价连接。在一些实施例中，缔合实体通过特定非共价相互作用(即，通过相互作用的配体之间的相互作用，这类相互作用能区分它们的相互作用配偶体与使用情形中所存在的其它实体，例如抗生蛋白链菌素/抗生物素蛋白相互作用、抗体/抗原相互作用等)彼此连接。或者或另外，足够数量的较弱非共价相互作用可为各部分提供足够的稳定性以保持缔合。示范性非共价相互作用包括但不限于亲和力相互作用、金属配位、物理吸附、主体-客体相互作用、疏水性相互作用、π堆叠相互作用、氢键结合相互作用、范德华相互作用(van der Waals interaction)、磁性相互作用、静电相互作用、偶极-偶极相互作用等。
“结合”：应理解，如本文所用的术语“结合”通常是指两个或更多个实体之间或之中的非共价缔合。“直接”结合涉及实体或部分之间的物理接触；间接结合涉及借助于与一个或多个中间实体的物理接触进行的物理相互作用。两个或更多个实体之间的结合通常可在多种情形中的任一种中加以评估，包括相互作用的实体或部分分开进行研究或在较为复杂的系统的情形下进行研究的情形(例如同时共价地或以其它方式与载体实体缔合和/或在生物系统或细胞中)。
“结合剂”：一般来说，术语“结合剂”在本文中用于指任何结合于如本文所述的相关目标的实体。在许多实施例中，相关结合剂是与其目标特异性结合的结合剂，其中它在特定相互作用情形中能区分其目标与其它潜在结合配偶体。一般来说，结合剂可以是或包含任何化学类别的实体(例如聚合物、非聚合物、小分子、多肽、碳水化合物、脂质、核酸等)。在一些实施例中，结合剂是单个化学实体。在一些实施例中，结合剂是在相关条件下通过非共价相互作用彼此缔合的两个或更多个离散化学实体的复合物。举例来说，所属领域的技术人员应了解，在一些实施例中，结合剂可包含“通用”结合部分(例如生物素/抗生物素蛋白/抗生蛋白链菌素和/或类别特异性抗体中的一个)和与通用结合部分的配偶体连接的“特异性”结合部分(例如具有特定分子目标的抗体或适体)。在一些实施例中，这类方法可通过不同特异性结合部分与同一个通用结合部分配偶体的连接实现多个结合剂的模块化组装。在一些实施例中，结合剂是或包含多肽(包括例如抗体或抗体片段)。在一些实施例中，结合剂是或包含小分子。在一些实施例中，结合剂是或包含核酸。在一些实施例中，结合剂是适体。在一些实施例中，结合剂是聚合物；在一些实施例中，结合剂不是聚合物。在一些实施例中，结合剂是非聚合的，因为它们没有聚合部分。在一些实施例中，结合剂是或包含碳水化合物。在一些实施例中，结合剂是或包含凝集素。在一些实施例中，结合剂是或包含肽模拟物。在一些实施例中，结合剂是或包含支架蛋白。在一些实施例中，结合剂是或包含模拟表位(mimeotopes)。在一些实施例中，结合剂是或包含订书肽(stapled peptides)。在某些实施例中，结合剂是或包含核酸，如DNA或RNA。
“生物相容的”：如本文所用的术语“生物相容的”是指当将材料放置成与活组织接触时，例如放置在体内时，所述材料不会对所述组织造成显著伤害。在某些实施例中，如果材料对细胞无毒，那么它们是“生物相容的”。在某些实施例中，如果将材料加入到体外细胞中引起小于或等于20％的细胞死亡，和/或所述材料的体内给予不诱发显著炎症或其它此类不良作用，那么所述材料是“生物相容的”。
“生物可降解的”：如本文所用的术语“生物可降解的”是指当材料被引入细胞中时，材料被分解(例如通过细胞机制，如通过酶促降解、通过水解和/或通过其组合)成了细胞可以重新使用或处理且对细胞没有显著毒性作用的组分。在某些实施例中，通过生物可降解材料的分解产生的组分是生物相容的并且因此不会在体内诱发显著炎症和/或其它不良作用。在一些实施例中，生物可降解的聚合物材料分解成其组成性单体。在一些实施例中，生物可降解材料(包括例如生物可降解的聚合物材料)的分解包括酯键的水解。或者或另外，在一些实施例中，生物可降解材料(包括例如生物可降解的聚合物材料)的分解包括氨基甲酸酯键的断裂。示范性生物可降解聚合物包括例如羟基酸的聚合物，羟基酸例如乳酸和乙醇酸，羟基酸的聚合物包括但不限于聚(羟基酸)、聚(乳酸)(PLA)、聚(乙醇酸)(PGA)、聚(乳酸-共-乙醇酸)(PLGA)以及与PEG的共聚物、聚酸酐、聚(原酸)酯、聚酯、聚氨基甲酸酯、聚(丁酸)、聚(戊酸)、聚(己内酯)、聚(羟基烷酸酯)、聚(丙交酯-共-己内酯)、其共混物和共聚物。许多天然存在的聚合物也是生物可降解的，包括例如蛋白质，如白蛋白、胶原蛋白、明胶和醇溶谷蛋白，例如玉米蛋白，和多糖，如海藻酸盐、纤维素衍生物以及聚羟基烷酸酯，例如聚羟基丁酸酯，其共混物和共聚物。所属领域的技术人员将了解或能够确定什么时候这类聚合物是生物相容的和/或其生物可降解的衍生物(例如，通过基本上相同的结构与母体聚合物有关，结构差异仅在于如所属领域中已知的特定化学基团的取代或加入)。
“生物活性”：如本文所用的短语“生物活性”是指在生物系统中(例如在细胞中(例如经过分离的、在培养物中、在组织中、在生物体中)、在细胞培养物中、在组织中、在生物体中等)具有活性的物质。举例来说，当给予生物体时，对所述生物体具有生物作用的物质被视为具有生物活性。所属领域的技术人员应了解，呈现活性通常仅需要(例如必需的并且足够的)生物活性物质的一部分或片段即可；在这类情形中，所述部分或片段被视为“生物活性”部分或片段。
“特征部分”：如本文所用的术语“特征部分”在最广泛意义上用于指物质的某个部分，该部分的存在(或不存在)与物质的特定特征、属性或活性的存在(或不存在)相关。在一些实施例中，物质的特征部分是在所述物质中和在共用特定特征、属性或活性的相关物质中而不在不共用特定特征、属性或活性的物质中所发现的部分。在某些实施例中，特征部分与完整物质共用至少一个功能特征。举例来说，在一些实施例中，蛋白质或多肽的“特征部分”是含有一个连续氨基酸链段或一批连续氨基酸链段的部分，这一个或一批连续氨基酸链段共同成为蛋白质或多肽的特征。在一些实施例中，每个这种连续链段通常含有至少2、5、10、15、20、50个或更多个氨基酸。一般来说，物质(例如蛋白质、抗体等)的特征部分是除上文指定的序列和/或结构同一性以外，与相关完整物质共用至少一个功能特征的部分。在一些实施例中，特征部分可具有生物活性。
“类似的”：如本文所用的术语“类似的”是指两个或更多个试剂、实体、情况、条件组等彼此可能并不相同，但是其相似性足够允许在它们之间进行比较，因此可基于所观察到的差异或相似性而合理地得出结论。所属领域的技术人员将了解，在上下文中在任何指定情况下，两个或更多个这类试剂、实体、情况、条件组等被视为类似的将需要何种程度的同一性。
“结合的”：如本文所用的术语“结合”、“连接(linked)”、“连接(attached)”以及“与……缔合”当相对于两个或更多个部分使用时意味着各部分直接地或通过一个或多个充当连接剂的额外部分彼此物理缔合或连接，形成足够稳定的结构，使得各部分在使用结构的条件下，例如生理条件下，保持物理缔合。各部分通常通过一个或多个共价键或通过涉及特异性结合的机制连接。或者，足够数量的较弱相互作用可为各部分提供足够的稳定性以保持物理缔合。
“对应于”：如本文所用的术语“对应于”经常用于指定残基在聚合物中，如氨基酸残基在多肽中或核苷酸残基在核酸中的位置/同一性。所属领域的技术人员应了解，为了简单起见，这类聚合物中的残基经常使用基于相关参考聚合物的典型编号系统来指定，因此举例来说，第一聚合物中“对应于”参考聚合物中位置190处的残基的残基实际上无需是第一聚合物中的第190个残基，而是对应于在参考聚合物中第190号位置处发现的残基；所属领域的技术人员易于了解如何鉴别“相对应的”氨基酸，包括通过使用专门针对聚合物序列比较而设计的一种或多种商业上可获得的算法。
“检测实体”：如本文所用的术语“检测实体”是指任何可检测的元素、分子、官能团、化合物、片断或部分。在一些实施例中，单独地提供或采用检测实体。在一些实施例中，联合(例如结合)另一种试剂提供和/或采用检测实体。检测实体的实例包括但不限于：各种配体、放射性核素(例如3H、14C、18F、19F、32P、35S、135I、125I、123I、64Cu、187Re、111In、90Y、99mTc、177Lu、89Zr等)、荧光染料(关于具体示范性荧光染料，参见下文)、化学发光剂(例如吖啶酯、稳定的二氧杂环丁烷等等)、生物发光剂、光谱可分辨的无机荧光半导体纳米晶体(即，量子点)、金属纳米颗粒(例如金、银、铜、铂等)纳米簇、顺磁性金属离子、酶(关于酶的具体实例，参见下文)、比色标记(例如染料、胶体金等等)、生物素、地高辛(dioxigenin)、半抗原以及抗血清或单克隆抗体可用的蛋白质。
“测定”：本文所述的许多方法都包括“测定”步骤。所属领域的技术人员在阅读本说明书时应了解，这种“测定”可以通过使用所属领域的技术人员可得到的各种技术中的任一种，包括例如本文中明确提到的特定技术来利用或实现。在一些实施例中，测定涉及对物理样品的操作。在一些实施例中，测定涉及对数据或信息的考量和/或操作，例如利用计算机或其它被调适成用于进行相关分析的处理单元。在一些实施例中，测定涉及从来源接收相关信息和/或材料。在一些实施例中，测定涉及比较样品或实体与类似参考物的一个或多个特征。
“剂型”：如本文所用的术语“剂型”是指用于对受试者进行给药的治疗剂的物理离散单位(physically discrete unit)。每个单位含有预定量的活性剂。在一些实施例中，这个量是适合根据一种给药方案给予的单位剂量的量(或其整个部分)，当对相关群体进行给药时，这种给药方案已被确定为与所期望的或有利的结果相关(即，采用治疗性给药方案)。
“封装”：术语“封装”在本文中用以指物质完全被另一种材料包围。
“功能性”：如本文所用的“功能性”生物分子是呈能够展现它所特有的特性和/或活性的形式的生物分子。生物分子可具有两种功能(即，双功能)或多种功能(即，多功能)。
“移植排斥”：如本文所用的术语“移植排斥”是指接受体个体对从供体个体移植的组织的排斥。在一些实施例中，移植排斥是指同种异体移植排斥，其中供体个体和接受体个体属于同一个种。同种异体移植排斥通常发生在供体组织携带有同种异体抗原的时候，接受体免疫系统对所述同种异体抗原设有排斥反应。
“高分子量聚合物”：如本文所用的术语“高分子量聚合物”是指由分子量至少约200kDa的聚合物(例如蛋白质聚合物，如丝)组成并且其中不超过30％的丝纤蛋白具有小于100kDa的分子量的聚合物和/或聚合物溶液。在一些实施例中，高分子量聚合物和/或聚合物溶液所具有的平均分子量是至少约100kDa或更大，包括例如至少约150kDa、至少约200kDa、至少约250kDa、至少约300kDa、至少约350kDa或更大。在一些实施例中，高分子量聚合物具有一种分子量分布，其中不超过50％，例如包括不超过40％、不超过30％、不超过20％、不超过10％的丝纤蛋白可具有小于150kDa或小于125kDa或小于100kDa的分子量。
“水解可降解”：如本文所用的术语“水解可降解”用于指材料可通过水解断裂而降解。在一些实施例中，水解可降解材料在水中降解。在一些实施例中，水解可降解材料在水中在没有任何其它试剂或材料的情况下降解。在一些实施例中，水解可降解材料通过水解断裂，例如在水中完全降解。相比之下，术语“非水解可降解”通常是指材料无法通过水解断裂和/或在存在水的情况下(例如仅存在水时)完全降解。
“亲水性”：如本文所用的术语“亲水性”和/或“极性”是指与水混合或容易溶解在水中的趋势。
“疏水性”：如本文所用的术语“疏水性”和/或“非极性”是指排斥水、不与水组合或不能容易地溶解在水中的趋势。
“同一性”：如本文所用的术语“同一性”是指聚合物分子之间，例如核酸分子(例如DNA分子和/或RNA分子)之间和/或多肽分子之间的总体相关性。在一些实施例中，如果聚合物分子的序列至少25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％、95％或99％相同，那么认为它们彼此“基本上相同”。两个核酸或多肽序列之间的同一性百分比的计算例如可通过出于最佳比较目的比对两个序列来进行(例如为了最佳比对可在第一和第二序列中的一个或两个中引入空位(gap)，并且为了比较，可以忽略非相同序列)。在某些实施例中，出于比较目的所比对的序列的长度是参考序列的长度的至少30％、至少40％、至少50％、至少60％、至少70％、至少80％、至少90％、至少95％或基本上100％。然后比较相对应的位置处的核苷酸。当第一序列中的位置与第二序列中的相对应的位置被相同残基(例如核苷酸或氨基酸)占据时，那么分子在那个位置是相同的。两个序列之间的同一性百分比是序列所共用的相同位置的数量的函数，并且考虑为了两个序列的最佳比对所需引入的空位的数量和每个空位的长度。序列的比较和两个序列之间的同一性百分比的确定可以使用数学算法实现。举例来说，两个核苷酸序列之间的同一性百分比可使用Meyers和Miller(CABIOS,1989,4：11-17)的算法确定，所述算法已被并入到ALIGN程序(2.0版)中。在一些示范性实施例中，用ALIGN程序进行的核酸序列比较使用PAM120权重残基表、空位长度罚分12和空位罚分4。或者，可以使用GCG软件包中的GAP程序，使用NWSgapdna.CMP矩阵确定两个核苷酸序列之间的同一性百分比。
“不溶状态”：如本文所用的术语不溶状态关于丝聚合物使用并且是指基本上非晶、主要是β片层构象的形成或状态。所述术语打算用于反映可溶性丝聚合物到不溶于水的状态的转化。如本文所用，如果丝聚合物能够通过离心沉淀或如果它在37℃或更低温度下不能通过浸没在水中或用水漂洗而溶解，那么它呈“不溶状态”。
“体外”：如本文所用的术语“体外”是指在人工环境中，例如在试管或反应容器中、在细胞培养物中等，而不是在多细胞生物体内发生的事件。
“体内”：如本文所用的术语“体内”是指在多细胞生物体内发生的事件，多细胞生物体例如人和非人动物。在基于细胞的系统的情况下，所述术语可用于指在活细胞(例如与体外系统相反)内发生的事件。
“低分子量聚合物”：如本文所用的术语“低分子量聚合物”是指由分子量在约20kDa到约400kDa的范围内的聚合物(例如蛋白质聚合物)组成的聚合物和/或聚合物溶液，如丝。在一些实施例中，低分子量聚合物(例如蛋白质聚合物)所具有的分子量在下限(例如约20kDa、约30kDa、约40kDa、约50kDa、约60kDa或更大)与上限(例如约400kDa、约375kDa、约350kDa、约325kDa、约300kDa或更小)之间的范围内。在一些实施例中，低分子量聚合物(例如蛋白质聚合物，如丝)基本上不含分子量超过约400kD的聚合物。在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料中的最高分子量聚合物小于约300到约400kD(例如小于约400kD、小于约375kD、小于约350kD、小于约325kD、小于约300kD等)。在一些实施例中，低分子量聚合物和/或聚合物溶液可以包含具有某一范围的分子量的聚合物片段的群体，其特征在于：群体中的聚合物片段的总摩尔数不超过15％具有超过200kDa的分子量，并且群体中的丝纤蛋白片段的总摩尔数的至少50％具有在规定范围内的分子量，其中规定范围是在约3.5kDa与约120kDa之间或在约5kDa与约125kDa之间。
“标志物”：如本文所用的标志物是指一种实体或部分，其存在或含量是特定状态或事件的特征。在一些实施例中，特定标志物的存在或含量可以是疾病、病症或病况的存在或阶段的特征。举个例子，在一些实施例中，所述术语是指作为特定肿瘤、肿瘤亚类、肿瘤阶段等的特征的基因表达产物。或者或另外，在一些实施例中，特定标志物的存在或含量与特定信号通路的活动(或活动水平)相关，例如可以是特定肿瘤类别的特征。标志物的存在或不存在的统计显著性可取决于特定标志物而变化。在一些实施例中，标志物的检测具有高特异性在于它反映了肿瘤属于特定亚类的高概率。这种特异性是以灵敏度为代价的(即，即使肿瘤是预计将表达标志物的肿瘤，仍会出现阴性结果)。反之，具有高敏感度的标志物的特异性会低于具有较低灵敏度的标志物。根据本公开，适用的标志物不需要以100％的准确性辨别特定亚类的肿瘤。
“调节剂”：术语“调节剂”用于指这样的实体，它在观测到相关活性的系统中的存在或水平与那种活性的水平和/或性质相比于不存在调节剂时在其它方面类似的条件下所观测到的水平和/或性质的改变相关。在一些实施例中，调节剂是活化剂，因为相比于不存在调节剂时在其它方面类似的条件下观测到的活性，存在调节剂时活性增加。在一些实施例中，调节剂是拮抗剂或抑制剂，因为相比于不存在调节剂时其它方面类似的条件，存在调节剂时活性减小。在一些实施例中，调节剂直接与具有相关活性的目标实体相互作用。在一些实施例中，调节剂间接地与具有相关活性的目标实体相互作用(即，直接与中间试剂相互作用，中间试剂与目标实体相互作用)。在一些实施例中，调节剂影响相关目标实体的含量；或者或另外，在一些实施例中，调节剂影响相关目标实体的活性，但不影响目标实体的含量。在一些实施例中，调节剂影响相关目标实体的含量和活性，使得所观测到的活性差异不能完全用所观测到的含量差异来解释或不完全符合所观测到的含量差异。
“纳米颗粒”：如本文所用的术语“纳米颗粒”是指直径小于1000纳米(nm)的颗粒。在一些实施例中，如由美国国家科学基金会(National Science Foundation)定义，纳米颗粒具有小于300nm的直径。在一些实施例中，如由美国国立卫生研究院(NationalInstitutes of Health)定义，纳米颗粒具有小于100nm的直径。在一些实施例中，纳米颗粒是胶束，因为它们包含通过胶束膜与本体溶液隔开的封闭隔室，通常由包围并封闭一个空间或隔室(例如，用于界定内腔)的两亲实体组成。在一些实施例中，胶束膜由至少一种聚合物组成，如生物相容的和/或生物可降解的聚合物。
“纳米颗粒组合物”：如本文所用的术语“纳米颗粒组合物”是指含有至少一种纳米颗粒和至少一种额外试剂或成分的组合物。在一些实施例中，纳米颗粒组合物含有如本文所述的纳米颗粒的基本上均一集合。
“核酸”：如本文所用的术语“核酸”在其最广泛意义上是指任何被并入或可被并入寡核苷酸链中的化合物和/或物质。.在一些实施例中，核酸是通过磷酸二酯键并入或可通过磷酸二酯键并入寡核苷酸链中的化合物和/或物质。在一些实施例中，“核酸”是指单独的核酸残基(例如核苷酸和/或核苷)。在一些实施例中，“核酸”是指包含单独的核酸残基的寡核苷酸链。如本文所用的术语“寡核苷酸”和“多核苷酸”可以互换使用。在一些实施例中，“核酸”涵盖RNA以及单股和/或双股DNA和/或cDNA。此外，术语“核酸”、“DNA”、“RNA”和/或类似术语包括核酸类似物，即，具有不同于磷酸二酯的主链的类似物。举例来说，所谓的“肽核酸”就认为是在本公开的范围内，肽核酸是所属领域中已知的并且在主链中具有肽键而不是磷酸二酯键。术语“编码氨基酸序列的核苷酸序列”包括所有互为简并形式和/或编码相同氨基酸序列的核苷酸序列。编码蛋白质的核苷酸序列和/或RNA可包括内含子。核酸可从天然来源纯化，使用重组表达系统产生并任选地纯化，以化学方式合成等。适当时，例如在以化学方式合成的分子的情况下，核酸可包含核苷类似物，如具有经过化学修饰的碱基或糖、主链修饰等的类似物。除非另外指明，否则核酸序列按5'到3'的方向呈现。术语“核酸区段”在本文中用于指作为较长核酸序列的一部分的核酸序列。在许多实施例中，核酸区段包含至少3、4、5、6、7、8、9、10个或更多个残基。在一些实施例中，核酸是以下物质或包含以下物质：天然核苷(例如腺苷、胸苷、鸟苷、胞苷、尿苷、脱氧腺苷、脱氧胸苷、脱氧鸟苷和脱氧胞苷)；核苷类似物(例如2-氨基腺苷、2-硫代胸苷、肌苷、吡咯并-嘧啶、3-甲基腺苷、5-甲基胞苷、C-5丙炔基-胞苷、C-5丙炔基-尿苷、2-氨基腺苷、C5-溴尿苷、C5-氟尿苷、C5-碘尿苷、C5-丙炔基-尿苷、C5-丙炔基-胞苷、C5-甲基胞苷、2-氨基腺苷、7-脱氮腺苷、7-脱氮鸟苷、8-氧代腺苷、8-氧代鸟苷、O(6)-甲基鸟嘌呤和2-硫代胞苷)；经过化学修饰的碱基；经过生物修饰的碱基(例如甲基化碱基)；插入的碱基；经过修饰的糖(例如2'-氟核糖、核糖、2'-脱氧核糖、阿拉伯糖和己醣)；和/或经过修饰的磷酸酯基(例如硫代磷酸酯键和5'-N-亚磷酰胺键)。在一些实施例中，本公开特别针对“未修饰的核酸”，意指尚未为了促进或实现递送而进行化学修饰的核酸(例如多核苷酸和残基，包括核苷酸和/或核苷)。
“药物组合物”：如本文所用的术语“药物组合物”是指与一种或多种药学上可接受的载体一起配制的活性剂。在一些实施例中，活性剂以适合于给药的单位剂量的量存在于治疗方案中，当给予相关群体时，所述治疗方案显示统计学上显著的实现预定治疗作用的概率。在一些实施例中，可将药物组合物专门配制成用于按固体或液体形式给药，包括适合于以下的药物组合物：口服，例如灌服药(水性或非水溶液或悬浮液)、片剂，例如靶向颊内、舌下和全身吸收的片剂、施用于舌部的大丸剂、粉末剂、颗粒剂、糊剂；肠胃外给药，例如作为例如无菌溶液或悬浮液或持续释放配制品，通过皮下、肌肉内、静脉内或硬膜外注射给药；局部施用，例如作为乳膏、软膏或控制释放贴片或喷雾施用于皮肤、肺或口腔；阴道内或直肠内，例如作为子宫托、乳膏或泡沫；经舌下；经眼；经皮；或经鼻、经肺以及经其它粘膜表面。
“生理条件”：如本文所用的短语“生理条件”是指组织的细胞内液和细胞外液可能遇到的化学(例如pH、离子强度)和生化(例如酶浓度)条件的范围。对于大部分组织来说，生理pH范围约6.8到约8.0，温度范围约20-40℃、约25-40℃、约30-40℃、约35-40℃、约37℃，大气压约1。在一些实施例中，生理条件利用或包括水性环境(例如水、生理盐水、林格氏溶液(Ringers solution)或其它缓冲溶液)；在一些此类实施例中，水性环境是或包含磷酸盐缓冲溶液(例如磷酸盐缓冲盐水)。
“多肽”：如本文所用的术语“多肽”通常具有它在领域中公认的含义：至少三个彼此通过肽键连接的氨基酸的聚合物。在一些实施例中，所述术语用于指多肽的特定功能类别。关于每个这样的类别，本说明书提供所述类别内已知的示范性多肽的氨基酸序列的若干实例；在一些实施例中，这类已知多肽是所述类别的参考多肽。在这类实施例中，术语“多肽”是指与相关参考多肽显示出显著的序列同源性或同一性的类别的任何成员。在许多实施例中，这类成员还与参考多肽共享显著活性。或者或另外，在许多实施例中，这类成员还与参考多肽(和/或与所述类别中的其它多肽；在一些实施例中，与所述类别中的所有多肽)共用特定特征性序列元件。举例来说，在一些实施例中，成员多肽展现出与参考多肽至少约30-40％并且经常大于约50％、60％、70％、80％、90％、91％、92％、93％、94％、95％、96％、97％、98％、99％或更大的整体序列同源性或同一性程度，和/或包括至少一个展现极高序列同一性，经常大于90％或甚至95％、96％、97％、98％或99％的序列同一性的区域(即，在一些实施例中可以是或包含特征性序列元件的保守区域)。这类保守区域通常涵盖至少3-4个并且经常多达20个或更多个氨基酸；在一些实施例中，保守区域涵盖至少一个具有至少2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15个或更多个连续氨基酸的链段。在一些实施例中，适用的多肽可以包含亲本多肽的片断或由亲本多肽的片断组成。在一些实施例中，适用的多肽可以包含多个片段或由多个片段组成，这多个片段中的每一个相对于彼此按不同于相关多肽中所存在的空间排列的空间排列存在于同一个亲本多肽中(例如，在亲本中直接连接的片段在相关多肽中可以在空间上分离或反之亦然，和/或片段在相关多肽中可按不同于亲本中的顺序存在)，使得相关多肽是其亲本多肽的衍生物。在一些实施例中，多肽可包含天然氨基酸、非天然氨基酸或这两种。在一些实施例中，多肽可仅包含天然氨基酸或仅包含非天然氨基酸。在一些实施例中，多肽可包含D-氨基酸、L-氨基酸或这两种。在一些实施例中，多肽可仅包含D-氨基酸。在一些实施例中，多肽可仅包含L-氨基酸。在一些实施例中，多肽可包括一个或多个侧基，例如修饰或连接到一个或多个氨基酸侧链上，和/或在多肽的N端、多肽的C端或这两端。在一些实施例中，多肽可以是环状。在一些实施例中，多肽不是环状。在一些实施例中，多肽是线形。
“多糖”：术语“多糖”是指糖的聚合物。多糖通常包含至少三个糖。在一些实施例中，多肽包含天然糖(例如葡萄糖、果糖、半乳糖、甘露糖、阿拉伯糖、核糖和木糖)；或者或另外，在一些实施例中，多肽包含一个或多个非天然氨基酸(例如经过修饰的糖，如2′-氟核糖、2′-脱氧核糖和己糖)。
“孔隙度”：如本文所用的术语“孔隙度”是指材料中的空隙空间的量度标准并且是空隙体积相对于总体积的分数，以介于0与100％之间的百分比表示。本领域技术人员已知使用标准化技术，例如汞压孔率测定法(mercury porosimetry)和气体吸附(例如氮吸附)，来测定孔隙度。
“蛋白质”：如本文所用的术语“蛋白质”是指多肽(即，一串至少两个通过肽键彼此连接的氨基酸)。蛋白质可包括除氨基酸以外的部分(例如可以是糖蛋白、蛋白多糖等)和/或可以其它方式加工或修饰。所属领域的技术人员应了解，“蛋白质”可以是如由细胞产生的完整多肽链(具有或不具有信号序列)，或可以是其特征部分。所属领域的技术人员应了解，蛋白质有时可以包括超过一个多肽链，例如通过一个或多个二硫键连接或通过其它手段缔合。多肽可含有L-氨基酸、D-氨基酸或这两种，并且可含有所属领域中已知的多种氨基酸修饰或类似物中的任一种。适用的修饰包括例如末端乙酰化、酰胺化、甲基化等。在一些实施例中，蛋白质可包含天然氨基酸、非天然氨基酸、合成氨基酸和其组合。术语“肽”一般用于指长度小于约100个氨基酸、小于约50个氨基酸、小于20个氨基酸或小于10个氨基酸的多肽。在一些实施例中，蛋白质是抗体、抗体片段、其生物活性部分和/或其特征部分。
“参考”：术语“参考”在本文中经常用于描述标准或对照试剂、个体、群体、样品、序列或值，将相关的试剂、个体、群体、样品、序列或值与该参考进行比较。在一些实施例中，基本上在测试或测定相关试剂、个体、群体、样品、序列或值的同时测试和/或测定参考试剂、个体、群体、样品、序列或值。在一些实施例中，参考试剂、个体、群体、样品、序列或值是任选地在有形介质中实施的历史参考。如所属领域的技术人员所了解的，参考试剂、个体、群体、样品、序列或值通常在与用于测定或表征相关试剂、个体、群体、样品、序列或值所采用的条件类似的条件下进行测定或表征。
“小分子”：如本文所用的术语“小分子”用于指具有相对较低的分子量并且是有机和/或无机化合物的分子，无论是天然产生的还是人工创建的(例如通过化学合成)。“小分子”通常是单体并且具有小于约1500g/mol的分子量。一般来说，“小分子”是大小小于约5千道尔顿(kilodalton，kDa)的分子。在一些实施例中，小分子小于约4kDa、3kDa、约2kDa或约1kDa。在一些实施例中，小分子小于约800道尔顿(dalton，Da)、约600Da、约500Da、约400Da、约300Da、约200Da或约100Da。在一些实施例中，小分子小于约2000g/mol、小于约1500g/mol、小于约1000g/mol、小于约800g/mol或小于约500g/mol。在一些实施例中，小分子不是聚合物。在一些实施例中，小分子不包括聚合部分。在一些实施例中，小分子不是蛋白质或多肽(例如不是寡肽或肽)。在一些实施例中，小分子不是多核苷酸(例如不是寡核苷酸)。在一些实施例中，小分子不是多糖。在一些实施例中，小分子不包含多糖(例如不是糖蛋白、蛋白聚糖、糖脂等)。在一些实施例中，小分子不是脂质。在一些实施例中，小分子是调节剂。在一些实施例中，小分子具有生物活性。在一些实施例中，小分子是可检测的(例如包含至少一个可检测部分)。在一些实施例中，小分子是治疗剂。优选的小分子具有生物活性，生物活性在于它们在动物、优选哺乳动物、更优选人类中产生局部或全身性作用。在某些优选实施例中，小分子是药物。尽管不是必须地，但是优选地，药物是已被适当的政府机构或团体认为使用安全且有效的药物。举例来说，以下药物全部视为是根据本申请使用可接受的：FDA在21C.F.R.§§330.5、331到361和440到460下所列的人用药物；FDA在21C.F.R.§§500到589下所列的兽用药物，其以引用的方式并入本文中。
“溶液”：如本文所用的术语“溶液”广泛地指由一个相组成的均匀混合物。溶液通常包含溶质溶解在溶剂中。其特征在于混合物的特性(如浓度、温度和密度)可均一地分布在整个体积内。因此，在本申请的上下文中，“丝纤蛋白溶液”是指溶解在如水的溶剂中的可溶形式的丝纤蛋白蛋白质。在一些实施例中，丝纤蛋白溶液可以由固态丝纤蛋白材料(即，丝基质)制备，如丝膜和其它支架。固态丝纤蛋白材料通常用如水和缓冲液等水溶液复原成丝纤蛋白溶液。请注意，不均匀的液体混合物，例如胶体、悬浮液、乳液，不被视为溶液。
“稳定”：术语“稳定”当应用于本文中的组合物时意味着组合物能在一组指定条件下在一段时间内维持其物理结构和/或活性的一个或多个方面。在一些实施例中，这段时间是至少约一小时；在一些实施例中，这段时间是约5小时、约10小时、约一(1)天、约一(1)周、约两(2)周、约一(1)个月、约两(2)个月、约三(3)个月、约四(4)个月、约五(5)个月、约六(6)个月、约八(8)个月、约十(10)个月、约十二(12)个月、约二十四(24)个月、约三十六(36)个月或更久。在一些实施例中，这段时间在约一(1)天到约二十四(24)个月、约两(2)周到约十二(12)个月、约两(2)个月到约五(5)个月等范围内。在一些实施例中，指定条件是环境条件(例如在室温和环境压力下)。在一些实施例中，指定条件是生理条件(例如在体内或在约37℃下，例如在血清中或在磷酸盐缓冲盐水中)。在一些实施例中，指定条件是在冷藏下(例如处于或低于约4℃、-20℃或-70℃下)。在一些实施例中，指定条件是在暗处。
“基本上”：如本文所用的术语“基本上”和语法上的同等词是指展现总的或接近总的范围或程度的相关特征或特性的定性条件。所属领域的一般技术人员应了解，生物和化学现象如果有的话也很少达到完全和/或进行到完全或者实现或避免绝对结果。
“持续释放”：术语“持续释放”在本文中根据它在所属领域中所了解的含义使用：在一段较长时间内释放。这段较长的时间可以是至少约3天、约5天、约7天、约10天、约15天、约30天、约1个月、约2个月、约3个月、约6个月或甚至约1年。在一些实施例中，持续释放基本上无爆发。在一些实施例中，持续释放涉及在这段较长时间内的稳定释放，使得这段较长时间内的释放速率变化不超过约5％、约10％、约15％、约20％、约30％、约40％或约50％。在一些实施例中，持续释放涉及按一级动力学释放。在一些实施例中，持续释放涉及初始爆发、接着是一段时间的稳定释放。在一些实施例中，持续释放不涉及初始爆发。在一些实施例中，持续释放是基本上无爆发释放。
“治疗剂”：如本文所用的短语“治疗剂”是指任何在给予生物体时引起所期望的药理学作用的药剂。在一些实施例中，如果药剂在适当群体中展现出统计学上显著的作用，那么所述药剂就被视为治疗剂。在一些实施例中，适当群体可以是模型生物体群体。在一些实施例中，适当群体可利用各种准则界定，如特定年龄组、性别、遗传背景、先前存在的临床病况等。在一些实施例中，治疗剂是任何可用于对疾病、病症和/或病况的一种或多种症状或特征进行缓解、改善、减轻、抑制、预防、延缓发作、降低严重度和/或降低发病率的物质。
“治疗有效量”：如本文所用的术语“治疗有效量”意指在根据治疗性给药方案给予患有或易患疾病、病症和/或病况的群体时足以治疗所述疾病、病症和/或病况的量。在一些实施例中，治疗有效量是降低疾病、病症和/或病况的一种或多种症状的发生率和/或严重度和/或延缓发作的量。所属领域的技术人员应了解，术语“治疗有效量”实际上不要求在特定个体中实现成功治疗。相反地，治疗有效量可以是当给予需要这类治疗的患者时在相当数量的受试者中提供特定的所期望的药理学反应的量。尤其应理解，“治疗有效量”实际上可能“难治愈”特定受试者。举个例子，难治愈的受试者可能具有低生物利用率，因此无法获得临床功效。在一些实施例中，在提及治疗有效量时可以提及如在一个或多个特定组织(例如受疾病、病症或病况影响的组织)或体液(例如血液、唾液、血清、汗液、泪液、尿液等)中测量的量。所属领域的技术人员应了解，在一些实施例中，治疗有效量可以按单一剂量配制和/或给予。在一些实施例中，治疗有效量可以按多个剂量，例如作为给药方案的一部分配制和/或给予。
“治疗”：如本文所用的术语“治疗”是指对特定疾病、病症和/或病况的一种或多种症状或特征进行部分或完全地缓解、改善、减轻、抑制、预防(至少持续一段时间)、延缓发作、降低严重度、降低频率和/或降低发病率。在一些实施例中，举例来说，为了降低患上与疾病相关的病变的风险，可以对不展现疾病的症状、迹象或特征和/或仅展现疾病的早期症状、迹象和/或特征的受试者给予治疗。在一些实施例中，可以在出现了疾病的一种或多种症状、迹象和/或特征之后给予治疗。
“变异体”：如本文所用的术语“变异体”是指这样的实体：它与参考实体展现出显著的结构同一性，但与参考实体在结构上的不同之处在于与参考实体相比一种或多种化学部分的存在或含量。在许多实施例中，变异体在功能上也与其参考实体不同。一般来说，一个特定实体是否被恰当地视为参考实体的“变异体”是基于它与参考实体的结构同一性的程度。如所属领域的技术人员应了解，任何生物或化学参考实体都具有某些特征性结构元件。按照定义，变异体是共用一个或多个这类特征性结构元件的不同化学实体。举几个例子，小分子可以具有特征性核心结构元件(例如大环核心)和/或一个或多个特征性侧接部分，使得小分子的变异体是共用核心结构元件和特征性侧接部分，但在其它侧接部分方面和/或在核心内存在的键的类型(单键对双键，E对Z等)方面有所不同的变异体，多肽可以具有由多个氨基酸组成的特征性序列元件，所述多个氨基酸在线性或三维空间中相对于彼此具有指定的位置和/或有助于特定生物功能，核酸可以具有由多个核苷酸残基组成的特征性序列元件，所述多个核苷酸残基在线性或三维空间中相对于彼此具有指定的位置。举例来说，变异型多肽可因氨基酸序列中的一个或多个差异和/或共价连接于多肽主链的化学部分(例如碳水化合物、脂质等)中的一个或多个差异而不同于参考多肽。在一些实施例中，变异型多肽展现出与参考多肽至少85％、86％、87％、88％、89％、90％、91％、92％、93％、94％、95％、96％、97％或99％的总体序列同一性。或者或另外，在一些实施例中，变异型多肽并不与参考多肽共用至少一个特征性序列元件。在一些实施例中，参考多肽具有一种或多种生物活性。在一些实施例中，变异型多肽共用参考多肽的生物活性中的一种或多种。在一些实施例中，变异型多肽没有参考多肽的生物活性中的一种或多种。在一些实施例中，相比于参考多肽，变异型多肽展现出降低水平的一种或多种生物活性。在许多实施例中，如果相关多肽具有与亲本的氨基酸序列相同的氨基酸序列，但是在特定位置有少量序列更改，那么相关多肽就被视为亲本或参考多肽的“变异体”。通常，相比于亲本，变异体中的残基少于20％、15％、10％、9％、8％、7％、6％、5％、4％、3％、2％被取代。在一些实施例中，相比于亲本，变异体具有10、9、8、7、6、5、4、3、2或1个被取代的残基。变异体经常具有极小数量(例如少于5、4、3、2或1个)的被取代的功能性残基(即，参与特定生物活动的残基)。此外，相比于亲本，变异体通常具有不超过5、4、3、2或1个添加或缺失，并且经常没有添加或缺失。此外，任何添加或缺失通常都是少于约25、约20、约19、约18、约17、约16、约15、约14、约13、约10、约9、约8、约7、约6，并且通常少于约5、约4、约3或约2个残基。在一些实施例中，亲本或参考多肽是在自然界中发现的多肽。如所属领域的技术人员应了解，特定相关多肽的多个变异体通常可见于自然界中，尤其当相关多肽是感染物多肽时。
具体实施方式
本公开尤其提供由多肽组成的材料。在一些实施例中，所提供的多肽材料是或包含两亲性多肽。在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料的特征在于在制造时，它们可形成三维结构，即任何大小或任何形状的块状物或整料。在一些实施例中，提供两亲性多肽材料和这种两亲性多肽材料的制备和使用方法。
本文中详细描述了根据本公开的各个实施例。具体来说，本公开描述了所提供的两亲性多肽材料和所述材料在各种应用中的用途，所述应用包括例如：防伪材料、生物材料、生物医学装置、商业产品、控制降解应用、控制释放应用、药物递送、药物释放、电子学、挤出注射成型、用于可调降解的材料、光学、矫形装置、矫形植入物、光子学、生物学上不稳定化合物的保留、热不稳定化合物的保留、修复学、再生医学、机器人学、感测、组织工程应用、组织再生、组织支架、触发释放应用和/或伤口凝血。
聚合物块状物或整料一般描述能够呈现不同的大小和形状的三维材料。在某些领域中，已知三维多肽结构适用作生物材料。其中纤维状蛋白和球状蛋白是能够在生物系统中提供刚性和三维形状的结构蛋白。举例来说，在各种鸟类和哺乳动物中，纤维状蛋白提供了皮肤、皮毛、毛发、羊毛、爪子、指甲、蹄、角、鳞、喙以及羽毛。
举例来说，已将三维聚合物结构用于修复或更换组织。现有聚合物和多肽材料为组织提供结构支撑并且能够支撑再生性生长。然而，现有材料有缺点，缺点包括使用缺乏机械强度的材料制造、使用不会膨胀匹配组织或骨骼的材料制造、使用因为过快或过慢地降解而不相容的材料制造。(参见例如Caterson等人,57《生物医学材料研究杂志(J.Biomed.Mater.Res.)》,394-403(2001)；Karp等人,14《颅面外科杂志(J.CraniofacialSurgery)》3,317-323(2003)；Harris等人,42《生物医学材料研究杂志》396-402(1998)；Holy等人,65A《生物医学材料研究杂志》,447-453(2003)；Hutmacher D.21《生物材料(Biomaterials)》,2529-2543(2000)；Martin等人,55《生物医学材料研究杂志》,229-235(2001)；Perez-Rigueiro等人,70《科学(Science)》,2439-2447(1998)；Petite等人,18《自然·生物技术(Nat.Biotechnol.)》,959-96(2000)；Sofia等人,54《生物医学材料研究杂志》,139-148(2001))。
最近提出了由丝聚合物溶液与羟基磷灰石颗粒的混合物组成的块状物。(参见Kaplan等人在2009年8月13日公布的名为3维丝羟基磷灰石组合物(3-Dimensional SilkHydroxyapatite Compositions)的第WO 2009/100280 A2号国际专利公布(此后称“Kaplan申请”))。Kaplan申请的聚合物块状物通过以下形成：将包含丝纤蛋白和羟基磷灰石颗粒的糊状物与六氟异丙醇(hexafluoroisopropanol，“HFIP”)组合，产生基本上不溶的结晶材料。
当将非晶丝纤蛋白糊状物与HFIP组合和/或使非晶丝纤蛋白糊状物暴露于诱导β片层特征的条件时，明确形成了Kaplan申请的不溶晶体。Kaplan申请教导通过将组合物直接施用于缺损部位或通过将组合物注入或倒入模具中来诱导β片层特征。(参见Kaplan申请的[010])。Kaplan申请说明，糊状物通过脱水或在注入过程中施加剪切应力时通过剪切应力固化为不溶的结晶状态。(参见Kaplan申请的[070])。Kaplan申请进一步说明，一旦诱导出，呈不溶状态的丝就会引起在缺损部位形成三维结构，或如果丝溶液占据了模具，那么将形成大致具有模具的大小和形状的不溶三维结构。(参见Kaplan申请的[068]到[070])。Kaplan申请提出了全水性方法的理论，说明这种方法将适用于使如HFIP和甲醇等溶剂对组织造成的破坏降到最低。(参见Kaplan申请的[068]到[070])。
组成和结构
在一些实施例中，如本文所述的多肽材料整料是或包含两亲性多肽。
本公开的各方面通篇通过讨论和/或使用丝纤蛋白作为两亲性多肽来举例说明。所属领域的技术人员将容易理解，在许多情况下，关于丝所提供的教导内容和实例同样适用于如本文中所公开的其它两亲性多肽。举例来说，本文所述的两亲性多肽可以包含由以下列表中选出的多肽的氨基酸序列：肌动蛋白、连环蛋白、密蛋白、核磷蛋白(coilins)、胶原蛋白、弹性蛋白、伸展纤维(elaunins)、伸展蛋白、肌原纤维蛋白、丝心蛋白、核纤层蛋白、层粘连蛋白、角蛋白、节肢弹性蛋白(resilins)、微管蛋白、病毒结构蛋白或玉米蛋白(种子贮藏蛋白)。
在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料由对应于上文所提供的列表中的任一个的多肽制成，所述多肽含或不含一个或多个相比于天然或野生型对应物而言的序列变异。在一些实施例中，举例来说，这种变异体相比于野生型序列可显示至少85％的总体序列同一性。在一些实施例中，举例来说，这种变异体可显示至少86％、87％、88％、89％、90％、91％、92％、93％、94％、95％、96％、97％、98％、99％的总体序列同一性。
实际上，所属领域的技术人员应了解，本公开适用于这类两亲性多肽的混杂物、共混物、组合、组合物、融合物或混合物。
此外，下面通过讨论和/或使用来自家蚕(Bombyx mori)这种蚕的丝纤蛋白来举例说明本公开的各方面。实际上，所属领域的技术人员还应了解，本公开所提供的教导内容和实例也同样适用于其它形式或其它类型的丝纤蛋白，例如蜘蛛丝，如来自金丝蜘蛛(Nephila clavipes)的蜘蛛丝，和/或经过基因工程改造的丝，如来自细菌、酵母、哺乳动物细胞、转基因动物或转基因植物。
由蜘蛛和蚕吐出的丝纤维展现杰出的机械特性，具有强度、伸长性和韧性的独特组合。
在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料基于水。在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料含有残余水。在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料不含残余非水溶剂。在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料所具有的结合溶剂含量低于现有材料。在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料所具有的冻结的和非冻结的结合水含量小于50％。
在一些实施例中，当所提供的两亲性多肽材料是丝纤蛋白时，这类材料所具有的结合水含量(冻结的和非冻结的)经过测量是小于约80wt％、约75wt％、约70wt％、约65wt％、约60wt％、约55wt％、约50wt％、约45wt％、约40wt％、约39wt％、约38wt％、约37wt％、约36wt％、约35wt％、约34wt％、约33wt％、约32wt％、约31wt％、约30wt％、约29wt％、约28wt％、约27wt％、约26wt％、约25wt％、约24wt％、约23wt％、约22wt％、约21wt％、约20wt％、约19wt％、约18wt％、约17wt％、约16wt％、约15wt％、约14wt％、约13wt％、约12wt％、约11wt％、约10wt％、约9wt％、约8wt％、约7wt％、约6wt％、约5wt％、约4wt％、约3wt％、约2wt％、约1wt％、约0.5约wt％或约0.1wt％。
在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料形成了三维“块状物”，在本文中也被称作“整料”。在一些实施例中，如本文所提供的整料是两亲性多肽材料的三维块状物。
两亲性多肽是作为活生物体的构建块的结构蛋白。两亲性多肽是由多个结构域组成的分子。两亲性多肽通常具有三个结构域：亲水端、包含氨基酸的区域以及疏水尾部。
在一些实施例中，两亲性多肽材料的氨基酸结构域的特征在于通过无序(即非晶)序列间隔的高度重复的(即结晶)氨基酸序列。在一些实施例中，亲水端实现了或增强了两亲性多肽材料的生物功能。在一些实施例中，两亲性多肽的疏水尾部被水排斥，因此这些尾部聚集。
在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料的序列具有引发分子间相互作用和促进自组装的能力。在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料形成交联，交联推动蛋白质按长程有序的二级、三级和四级分子结构(例如β片层、卷曲体、螺旋体)折叠。因此，在一些实施例中，两亲性多肽的单独的结构域相互缔合并引起更大组装体的增长。在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料包含具有三维整体结构的两亲性多肽组装体。在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料的特征在于突出的结构特性和机械特性以及独特的生物功能。
特性
所提供的两亲性多肽材料的特征在于可提供优于现有材料和/或现有材料组合物的优势的独特机械特性或特征。
在一些实施例中，可以通过控制制造工艺来调整两亲性多肽材料的机械特性。
在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料的特征在于这种材料是三维结构、块状物或整料。
在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料是块状物或整料，其特征在于它们是或包含单块材料。在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料是宏观结构，贯穿其实际大小和/或体积，是实心的并且连续的。
在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料的特征在于大小。在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料的特征在于尺寸，如高度、宽度、深度、直径或其组合。在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料的特征在于体积。
在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料的每个维度经过测量小于约1nm。在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料的每个维度经过测量是例如约0.1nm、约0.5nm、约1nm、约2nm、约5nm、约10nm、约20nm、约30nm、约40nm、约50nm、约100nm、约250nm、约500nm、约750nm、约1000nm、约5μm、约10μm、约50μm、约100μm、约250μm、约500μm、约750μm、约1000μm、约5mm、约10mm、约20mm、约30mm、约40mm、约50mm、约100mm、约250mm、约500mm、约750mm、约1000mm或更大。在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料是或形成块状物，其所具有的尺寸仅受材料的可获得性和/或用于形成这种材料的模板、模具或衬底的体积限制。
在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料所具有的尺寸仅受材料的可获得性和/或用于形成这些材料的模板、模具或衬底的体积限制。
在一些实施例中，相对于现有材料，所提供的两亲性多肽材料出乎意料地大。Kaplan申请描述了“圆柱形矿化丝生物聚合物结构”，它呈现容器的形状并且具有大约6.5mm的直径×约4-6mm的高度。相比之下，在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料的尺寸仅受材料的供应和/或模具或衬底的尺寸限制。
在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料是单一的连贯的材料。在一些实施例中，单一的连贯的材料的特征在于它们不是从材料的单独的层或部分组装的。
Kaplan申请中所述并且使用六氟异丙醇(HFIP)、三氟异丙醇(trifluoroisopropanol，TFIP)或甲酸(formic acid，FA)作为蛋白质溶剂来制造蚕丝蛋白实体结构的材料不能获得大结构(l0>5cm)。
Kaplan申请中所述并且使用六氟异丙醇(HFIP)、三氟异丙醇(TFIP)或甲酸(FA)作为蛋白质溶剂来制造蚕丝蛋白实体结构的材料能够按高度浓缩(>15wt％)的粘稠溶液溶解丝纤蛋白，其中蛋白质原先的β片层螺旋形式得以维持。实际上，这些基于溶剂的方法能够产生小的结晶丝块状物，但却不能获得大(l0>5cm)结构，因为粘稠溶液在与凝固浴(任何极性溶剂)接触时不稳定。
在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料是这样的，它们能够按任何所期望的形状存在。
在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料呈所期望的形状，因为在加工期间，使用了铸件、框架、成型机、模具、模板来使材料成型。在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料将在被加入、沉积、引入和/或倒入模板、模具中或衬底上并成型时呈现所期望的形状。
在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料经过机械加工。在一些实施例中，使用标准机床、工具作业以及方法对所提供的两亲性多肽材料进行机械加工。在一些实施例中，以机械方式操控所提供的两亲性多肽材料，例如使用手持工具。
在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料的特征在于其密度。在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料所具有的密度与天然多肽例如在它呈丝心蛋白或球蛋白形式时的密度类似。现有材料，例如Kaplan申请中所述的现有材料，单独是不能实现这种类似的密度值的。
相比于现有材料，在一些实施例中，举例来说，当所提供的两亲性多肽材料是丝纤蛋白时，这类材料具有与天然丝纤蛋白的密度类似的密度。在一些实施例中，当所提供的两亲性多肽材料是丝纤蛋白时，这类材料所具有的密度是约1.4kg/dm3，该密度与天然丝纤蛋白的密度类似。在一些实施例中，当所提供的两亲性多肽材料是丝纤蛋白时，这类材料所具有的密度经过测量是在约0.05kg/dm3与约5.0kg/dm3、约0.7kg/dm3与约2.1kg/dm3、约1.0kg/dm3与约1.5kg/dm3或约1.1kg/dm3与约1.4kg/dm3之间。在一些实施例中，举例来说，当多肽材料是丝纤蛋白时，这类材料所具有的密度是例如约0.1kg/dm3、0.2kg/dm3、0.3kg/dm3、0.4kg/dm3、0.5kg/dm3、0.6kg/dm3、0.6kg/dm3、0.8kg/dm3、0.9kg/dm3、1.0kg/dm3、1.1kg/dm3、1.2kg/dm3、1.3kg/dm3、1.4kg/dm3、1.5kg/dm3、1.6kg/dm3、1.7kg/dm3、1.8kg/dm3、1.9kg/dm3、2.0kg/dm3、2.1kg/dm3、2.2kg/dm3、2.3kg/dm3、2.4kg/dm3或至少约2.5kg/dm3。
在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料的特征在于均一的密度。在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料具有微密度连续性。在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料具有纳米密度连续性。
在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料的特征在于孔隙度。在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料所具有的孔隙度在约0.5％与98.5％之间。在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料所具有的孔隙度例如在约0.01与0.9之间。在一些实施例中，本公开的两亲性多肽材料小于约1％多孔、约2％多孔、约3％多孔、约4％多孔、约5％多孔、约6％多孔、约7％多孔、约8％多孔、约9％多孔、约10％多孔、约20％多孔、约30％多孔、约40％多孔、约50％多孔、约60％多孔、约70％多孔、约80％多孔、约90％多孔、至少约98.5％。举例来说，在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料与机械气凝胶具有类似的孔隙度。
在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料有孔，孔的平均孔径包括约0.5μm、约1μm、约2μm、约3μm、约4μm、约5μm、约10μm、约15μm、约20μm、约25μm、约30μm、约35μm、约40μm、约45μm、约50μm、约55μm、约60μm、约65μm、约70μm、约75μm、约80μm、约85μm、约90μm、约95μm、约100μm、约125μm、约150μm、约175μm、约200μm、约225μm、约250μm、约275μm、约300μm、约325μm、约350μm、约375μm、约400μm、约450μm、约475μm或约500μm或更大。
在一些实施例中，在并入缓慢降解的致孔剂或可溶于极性溶剂(如PMMA球)中的致孔剂时，控制所提供的两亲性多肽材料的孔隙度。
在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料是基本上非晶、基本上结晶或其组合。在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料的特征为展现结晶度和/或纳米大小的结晶颗粒。
在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料的特征在于二级结构。在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料的特征在于螺旋结构、β结构或其组合。
在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料的特征在于二级结构在整个材料中均一的一致性。
在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料是高度结晶的并且当相比于现有材料时，惊人地高。在一些实施例中，基于丝纤蛋白的材料的特征在于结晶结构，例如包含β片层结构和/或氢键结合。在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料所具有的β片层含量比现有材料多至少约百分之五到百分之十。在一些实施例中，举例来说，当所提供的两亲性多肽材料是丝纤蛋白时，β片层含量是至少约55％。在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料的β片层特征是约55％、约60％、约65％、约70％、约75％、约80％、约85％、约90％、约95％或约100％。
Kaplan申请中所述的HFIP和全水性丝-羟基磷灰石组合物均不能使β片层含量达到这样的值。丝-羟基磷灰石块状物所显示的能够达到的最大β片层含量是约45％。虽然不想要依赖任何特定理论，但是可以认为，单独的或与如Kaplan申请所述的剪切应力组合被动蒸发溶剂并不足以诱导足够的β片层含量来形成与本公开所提供的一样的块状物。传统的增加β片层的方法是已知的，例如浸没在如甲醇的溶剂中、退火等。
相比之下，在一些实施例中，举例来说，当所提供的两亲性多肽材料是丝纤蛋白时，β片层含量的百分比经过测量例如在约55％与约100％、约55％与约95％、约55％与约90％之间。在一些实施例中，举例来说，当所提供的两亲性多肽材料是丝纤蛋白时，β片层含量的百分比经过测量是例如约55％、约56％、约57％、约58％、约59％、约60％、约61％、约62％、约63％、约64％、约65％、约66％、约67％、约68％、约69％、约70％、约71％、约72％、约73％、约74％、约75％、约76％、约77％、约78％、约79％、约80％、约85％、约90％、约95％或更大。
在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料的特征在于结晶取向。
在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料是结晶的。在一些实施例中，这种结晶多肽材料的原子和离子根据重复图案或取向组织。在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料具有与其取向对准的结构平面。在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料的特征在于沿着这些不同的结晶学结构平面分开或裂开的趋势。
在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料的特征在于β片层结晶度与晶体取向。也就是说，所提供的两亲性多肽材料基本上没有多晶型现象。
在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料是基本上多晶型的。
在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料的特征在于晶体学晶格面或晶格方向。
在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料的特征在于它们包含亚微米大小或纳米大小的结晶球和/或颗粒。在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料的特征在于它们包含微米大小的球和/或颗粒。在一些实施例中，基于丝纤蛋白的材料的特征在于它们包含平均尺寸在约1纳米与约5微米之间的范围内的结晶球和/或颗粒。在一些实施例中，亚微米大小或纳米大小的结晶球和/或颗粒所具有的平均直径小于500nm，例如小于400nm、小于450nm、小于400nm、小于350nm、小于300nm、小于250nm、小于200nm、小于190nm、小于180nm、小于170nm、小于160nm、小于150nm、小于145nm、小于140nm、小于135nm、小于130nm、小于125nm、小于120nm、小于115nm、小于110nm、小于100nm、小于90nm、小于80nm、小于70nm、小于60nm、小于50nm、小于40nm、小于30nm、小于20nm、小于15nm、小于10nm、小于5nm或更小。在一些优选实施例中，亚微米大小或纳米大小的结晶球和/或颗粒具有小于100nm的平均直径。
在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料展示各向异性。在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料展示关于其两亲性多肽的结晶度的各向异性。在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料展示关于根据晶面的排列而定的机械特性的各向异性。在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料的特征在于这种材料的某些特性取决于结晶度或晶体方向。
在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料的特征在于两亲性多肽小球的网状物。
在一些实施例中，微结构包含两亲性多肽小球。在一些实施例中，微结构包含多个两亲性多肽小球。
在一些实施例中，两亲性多肽小球是纳米小球。在一些实施例中，两亲性多肽小球的至少一个维度在约5nm与约30nm之间。
在一些实施例中，多个小球的两亲性多肽小球的大小分布可影响所提供的两亲性多肽材料的机械特性。
在一些实施例中，两亲性多肽小球相互聚集。在一些实施例中，两亲性多肽小球通过相互联锁聚集。在一些实施例中，两亲性多肽小球通过彼此间的相互作用聚集，形成了致密的网状物。
在一些实施例中，多个相互聚集或联锁的两亲性多肽小球具有填充密度。在一些实施例中，填充密度可影响所提供的两亲性多肽材料的机械特性。在一些实施例中，紧密填充的两亲性多肽小球具有不同于松散填充的两亲性多肽小球的机械特性。
在一些实施例中，两亲性多肽小球聚集，形成了两亲性多肽微结构。在一些实施例中，小球相互聚集，使得它们形成了联锁微结构。在一些实施例中，两亲性多肽小球聚集，形成了大小为数十到数百纳米的结构。在一些实施例中，两亲性多肽小球通过彼此间的相互作用聚集。在一些实施例中，两亲性多肽小球彼此相互作用，形成了致密的网状物。在一些实施例中，小球填充密度可影响所提供材料的机械特性。
Kaplan申请没有公开机械特性与方向相关的独特结晶学结构平面的形成。
相比之下，在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料的特征在于关于特性的各向异性，例如包括在约500Pa与约3000kPa之间的范围内的压缩模量。
在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料的特征在于韧性，即对压力或冲击所造成的破坏的阈值抵抗性。
在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料的特征在于断裂韧性，断裂韧性指示先前存在的裂纹扩散所需的压力量。
在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料易受压缩的影响。在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料相对于压缩前初始体积显示出高达以下的压缩：压缩后是其初始体积的至少约25％、压缩后是其初始体积的至少约30％、压缩后是其初始体积的至少约35％、压缩后是其初始体积的至少约40％、压缩后是其初始体积的至少约45％、压缩后是其初始体积的至少约50％、压缩后是其初始体积的至少约55％、压缩后是其初始体积的至少约60％、压缩后是其初始体积的至少约65％、压缩后是其初始体积的至少约70％、压缩后是其初始体积的至少约75％、压缩后是其初始体积的至少约80％、压缩后是其初始体积的至少约85％、压缩后是其初始体积的至少约90％、压缩后是其初始体积的至少约95％或压缩后是其初始体积的约100％。
在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料的特征在于在约1kPa与约2500kPa之间的范围内的弹性模量值。在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料的特征在于以下弹性模量：小于约1kPa、小于约2kPa、小于约3kPa、小于约4kPa、小于约5kPa、小于约6kPa、小于约7kPa、小于约8kPa、小于约9kPa、小于约10kPa、小于约15kPa、小于约20kPa、小于约25kPa、小于约30kPa、小于约35kPa、小于约40kPa、小于约45kPa、小于约50kPa、小于约55kPa、小于约60kPa、小于约65kPa、小于约70kPa、小于约75kPa、小于约80kPa、小于约85kPa、小于约90kPa、小于约95kPa、小于约100kPa、小于约125kPa、小于约150kPa、小于约175kPa、小于约200kPa、小于约225kPa、小于约250kPa、小于约275kPa、小于约300kPa、小于约325kPa、小于约350kPa、小于约375kPa、小于约400kPa、小于约425kPa、小于约450kPa、小于约475kPa、小于约500kPa、小于约600kPa、小于约700kPa、小于约800kPa、小于约900kPa、小于约1000kPa、小于约1100kPa、小于约1200kPa、小于约1300kPa、小于约1400kPa、小于约1500kPa、小于约1600kPa、小于约1700kPa、小于约1800kPa、小于约1900kPa、小于约2000kPa、小于约2100kPa、小于约2200kPa、小于约2300kPa、小于约2400kPa或小于约2500kPa。
在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料的特征在于在约500Pa与约3000kPa之间的范围内的压缩模量值。在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料的特征在于以下压缩模量：小于约500Pa、小于约600Pa、小于约700Pa、小于约800Pa、小于约900Pa、小于约1kPa、小于约2kPa、小于约3kPa、小于约4kPa、小于约5kPa、小于约6kPa、小于约7kPa、小于约8kPa、小于约9kPa、小于约10kPa、小于约15kPa、小于约20kPa、小于约25kPa、小于约30kPa、小于约35kPa、小于约40kPa、小于约45kPa、小于约50kPa、小于约55kPa、小于约60kPa、小于约65kPa、小于约70kPa、小于约75kPa、小于约80kPa、小于约85kPa、小于约90kPa、小于约95kPa、小于约100kPa、小于约150kPa、小于约200kPa、小于约250kPa、小于约500kPa、小于约750kPa、小于约1MPa、小于约2.5MPa、小于约5MPa、小于约10MPa、小于约20MPa、小于约30MPa、小于约40MPa、小于约50MPa、小于约100MPa、小于约200MPa、小于约300MPa、小于约400MPa、小于约500MPa、小于约600MPa、小于约700MPa、小于约800MPa、小于约900MPa、小于约1GPa、小于约2.5MPa、小于约5GPa、小于约10GPa、小于约20GPa、小于约30GPa、小于约40GPa、小于约50GPa或小于约100GPa。
在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料的特征在于在约1kPa与约3000kPa之间的范围内的储能模量值。在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料的特征在于以下压缩模量：小于约1kPa、小于约2kPa、小于约3kPa、小于约4kPa、小于约5kPa、小于约6kPa、小于约7kPa、小于约8kPa、小于约9kPa、小于约10kPa、小于约15kPa、小于约20kPa、小于约25kPa、小于约30kPa、小于约35kPa、小于约40kPa、小于约45kPa、小于约50kPa、小于约55kPa、小于约60kPa、小于约65kPa、小于约70kPa、小于约75kPa、小于约80kPa、小于约85kPa、小于约90kPa、小于约95kPa、小于约100kPa、小于约125kPa、小于约150kPa、小于约175kPa、小于约200kPa、小于约225kPa、小于约250kPa、小于约275kPa、小于约300kPa、小于约325kPa、小于约350kPa、小于约375kPa、小于约400kPa、小于约425kPa、小于约450kPa、小于约475kPa、小于约500kPa、小于约600kPa、小于约700kPa、小于约800kPa、小于约900kPa、小于约1000kPa、小于约1100kPa、小于约1200kPa、小于约1300kPa、小于约1400kPa、小于约1500kPa、小于约1600kPa、小于约1700kPa、小于约1800kPa、小于约1900kPa、小于约2000kPa、小于约2100kPa、小于约2200kPa、小于约2300kPa、小于约2400kPa、小于约2500kPa、小于约2600kPa、小于约2700kPa、小于约2800kPa、小于约2900kPa或小于约3000kPa。
在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料的特征在于对以下外加剪切应力所造成的变形的抵抗性：约100Pa、约200Pa、约300Pa、约400Pa、约500Pa、约1kPa、约2kPa、约3kPa、约4kPa、约5kPa、约10kPa、约15kPa、约20kPa、约30kPa、约40kPa、约50kPa、约60kPa、约70kPa、约80kPa、约90kPa、约100kPa、约200kPa、约300kPa、约400kPa、约500kPa、约600kPa、约700kPa、约800kPa、约900kPa、约1MPa、约2MPa、约3MPa、约4MPa、约5MPa、约10MPa、约20MPa、约30MPa、约40MPa、约50MPa、约60MPa、约70MPa、约80MPa、约90MPa、约100MPa、约200MPa、约300MPa、约400MPa、约500MPa、约600MPa、约700MPa、约800MPa、约900MPa或约1GPa。
在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料的特征在于对以下外加拉拔力所造成的破坏的抵抗性：约0.1N、约0.5N、约1N、约2N、约3N、约4N、约5N、约6N、约7N、约8N、约9N、约10N、约11N、约12N、约13N、约14N、约15N、约16N、约17N、约18N、约19N、约20N、约21N、约22N、约23N、约24N、约25N、约30N、约35N、约40N、约45N、约50N、约55N、约60N、约65N、约70N、约75N、约80N、约85N、约90N、约95N、约100N、约105N、约110N、约115N、约120N、约125N、约130N、约135N、约140N、约145N、约150N、约155N、约160N、约165N、约170N、约175N、约180N、约185N、约190N、约195N、约200N、约205N、约210N、约215N、约220N、约225N、约230N、约235N、约240N、约245N、约250N、约260N、约270N、约280N、约290N、约300N、约350N、约400N、约450N、约500N、约550N或更大。
在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料的特征在于它们包括在特定分子量范围内的两亲性多肽和其片段，因此如本文中所述，材料展现出一种或多种所期望的特征。在一些实施例中，所提供的用于选择、设计和/或生产如本文所述的两亲性多肽材料的技术包括在特定分子量范围内的两亲性多肽材料的选择、设计和/或生产，以便提供具有一种或多种所期望的(例如，预先确定的所期望的)特征的材料。在一些实施例中，举例来说，所提供的两亲性多肽材料对外加压缩、膨胀或变形的反应与其两亲性多肽和/或其片段的分子量直接相关。在一些实施例中，当两亲性多肽和/或包含两亲性多肽材料的片段的分子量增加时，材料的压缩模量增加。在一些实施例中，当两亲性多肽和/或包含两亲性多肽材料的片段的分子量增加时，材料的剪切应力值增加。在一些实施例中，当两亲性多肽和/或包含两亲性多肽材料的片段的分子量增加时，材料的拉拔强度增加。
在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料包含暴露表面。
在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料的暴露表面大致平整。
在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料的暴露表面具有大约仅几纳米的表面粗糙度。在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料所具有的表面粗糙度的特征在于偏差小，因此这类表面能够实现电子元件的集成。在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料具有小于约5nm的均方根(“RMS”)表面粗糙度。在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料所具有的RMS表面粗糙度是约4.0nm、约3.5nm、约3.0nm、约2.5nm、约2.0nm、约1.5nm或约1nm。在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料具有小于约1nm的RMS表面粗糙度。
在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料的暴露表面包含在其表面中或其表面上形成的图案。在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料包含在其表面中或其表面上形成的纳米图案。如本文所用的术语“经过纳米图案化”是指在表面上所提供的图案化，具有一定大小的结构特征，所述大小可以恰当地按纳米级度量，举例来说，根据本公开所用的图案化典型地在约一纳米与几微米之间。
在一些实施例中，图案相对于两亲性多肽材料的表面突起或升高。在一些实施例中，图案相对于两亲性多肽材料的表面凹陷或凹进。在一些实施例中，根据所属领域中已知的手段，例如电子束光刻、纳米压印等，在表面中形成图案或纳米图案。
在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料适用作光学装置。在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料可被成型、机械加工或以其它方式制造成光学装置，包括例如衍射光栅、光子晶体、光流体学装置、波导等等。在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料的表面上所形成的纳米图案的特征在于暴露于特定波长的光下的时候。(参见例如WO 2008/127404；WO 2008/118211；WO 2008/127402；WO 2008/127403；WO 2008/127401；WO 2008/140562；WO 2009/061823；WO 2009/155397；WO 2010/126640；WO 2011/046652；WO 2011/026101；WO 2012/054121；WO 2011/130335；WO 2011/112931；WO 2012/047682；WO 2012/031282；WO 2010/088585；WO 2013/130156；以上所列的公布中的每一个的内容以全文引用的方式并入本文中)。
在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料含有、包含、包括、并入或储存添加剂、试剂和/或功能部分。在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料将添加剂、试剂和/或功能部分封装、包含、包括、并入和/或储存在其整体材料构建体内。
在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料是生物相容的。
在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料，添加剂、试剂和/或功能部分是或包含不稳定或生物不稳定的化合物。在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料，添加剂、试剂和/或功能部分是或包含大分子和/或生物活性分子。在一些实施例中，试剂、添加剂和/或功能部分是或包含生物活性或生物功能。在一些实施例中，所提供的在细胞水平上包含生物功能性添加剂、试剂和/或功能部分的两亲性多肽材料可用于或支持以下功能，例如攻击、防御、预防和/或保护。
在一些实施例中，在环境条件下的全水性工艺是有利的。在一些实施例中，当与在制造过程中使用或需要非水溶剂或包括任何例如HFIP和/或甲醇等残余非水溶剂的现有材料进行比较时，所提供的两亲性多肽材料显示出较好的封装、包含、包括、并入和/或储存生物活性添加剂、试剂和/或功能部分的能力，因此它们维持和/或保留了其生物活性和/或功能。
在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料的特征在于当将具有生物活性或功能的添加剂或试剂加入、封装、包含、包括、并入和/或储存在所提供的两亲性多肽材料中时，试剂、添加剂和/或功能部分的结构得以保留和/或其生物活性不会被显著地降解、抑制和/或减少。
在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料保留了所封装的生物活性添加剂、试剂和/或功能部分的活性。在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料被安排和构建成使得当将生物活性添加剂、试剂和/或功能部分封装在材料中时，材料的特征在于这类添加剂、试剂和/或功能部分的结构和/或生物活性得以保留，使得它不会被显著地降解、减少和/或抑制。虽然不希望受特定理论的限制，但是当将添加剂、试剂和/或功能部分封装在如本文所述的整料内时，认为氧化应激减少了。
在一些实施例中，当将生物活性添加剂、试剂和/或功能部分加入、封装、包含、包括、并入和/或储存在如本文所述的两亲性多肽材料中时，生物活性材料保留其活性，使得它不会被显著地降解、减少和/或抑制，持续长达约1天、约2天、约3天、约4天、约5天、约6天、约7天、约8天、约9天、约10天、约11天、约12天、约13天、约14天、约3周、约4周、约5周、约6周、约7周、约8周、约9周、约10周、约2个月、约3个月、约4个月、约5个月、约6个月、约7个月、约8个月、约9个月、约10个月、约11个月、约1年、约2年或更久。
在一些实施例中，在“正常”储存条件之外维持所提供的两亲性多肽材料。在一些实施例中，正常储存条件包括大约环境温度、压力和/或相对湿度。在一些实施例中，当暴露于“正常”储存条件之外时，所提供的两亲性多肽材料保留所封装的生物活性添加剂、试剂和/或功能部分的活性。
在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料将大分子和/或生物活性分子储存在其整体构建体中。在一些实施例中，添加剂、试剂和/或功能部分均匀分布在所提供的两亲性多肽材料中。在一些实施例中，相对于整个这种所提供的两亲性多肽材料，添加剂、试剂和/或功能部分集中在所提供的两亲性多肽材料的特定部分或区域中。在一些实施例中，添加剂、试剂和/或功能部分集中在这种所提供的两亲性多肽材料的表面上。
在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料是生物可降解的。
在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料的特征在于这类材料分解、降解、分层或溶解。在一些实施例中，基于丝纤蛋白的材料的特征在于这类材料分解、降解、分层或溶解，释放出添加剂、试剂和/或功能部分。
在一些实施例中，将所提供的两亲性多肽材料引入体内。在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料在存在于体内时分解、降解、分层或溶解。在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料在存在于体内时分解、降解、分层或溶解，但无显著免疫反应。在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料展现可预测的降解动力学。在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料在体内被再吸收并被天然组织替换。
Kaplan申请中所述并且使用六氟异丙醇(HFIP)、三氟异丙醇(TFIP)或甲酸(FA)作为蛋白质溶剂来制造丝心蛋白实体结构的材料经历若干工艺(即冻干、溶解在氟化溶剂中以及暴露于凝固浴)，准备形成块状物。所有这些步骤不仅费时，而且妨碍将生物活性分子或大分子大体上并入丝心蛋白结构中，所述并入是发挥蛋白质的稳定特性和保留特性并为蛋白质构建体提供生化和生物特征的基础。
在一些实施例中，材料提供成骨功能。
在一些实施例中，水性工艺允许将生物活性分子并入矫形装置中。在一些实施例中，生物活性使矫形装置功能化。在一些实施例中，生物活性赋予骨诱导和抗菌特征。
在一些实施例中，生物复合矫形装置是或包含生物复合螺钉。在一些实施例中，生物复合螺钉包含丝/羟基磷灰石和丝/二氧化硅。
在一些实施例中，矫形装置改善生物相容性并提供骨传导潜能。
在一些实施例中，当与基于有机溶剂的两亲性溶液进行比较时，水性两亲性溶液的至少一个优势是配制具有类似机械特性的材料，但是消除了与有害溶剂的使用有关的风险，所述材料例如矫形装置。此外，在一些实施例中，温和的水基工艺有助于加入掺杂剂和生物活性化合物，从而提供额外临床益处，如骨诱导、骨传导以及抗炎特征。
基于丝纤蛋白的材料
在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料是或包含丝纤蛋白和/或丝纤蛋白片段。
由蜘蛛和蚕吐出的丝纤维展现杰出的机械特性，具有强度、伸长性和韧性的独特组合。在一些实施例中，可以通过控制所提供的丝材料的制造工艺来调整它的机械特性。
丝
在一些实施例中，两亲性多肽是丝。丝是在某些生物体的专门的腺体中产生的天然蛋白质纤维。丝蛋白是通过溶胶-凝胶-固体转变合成的纤维状蛋白。在蚕和蜘蛛的腺体中，水溶性丝纤蛋白在吐丝过程中经历了溶胶-凝胶转变，最终导致形成固体、不溶于水、各向异性、强韧并且柔软的纤维，其特征在于一个反向平行的β片层结构，其中晶体与纤维的长轴对准。在生物体中丝的产生在膜翅目(蜜蜂、黄蜂和蚂蚁)中尤其常见并且有时被用于筑巢。其它类型的节肢动物也产丝，最显著的是各种蛛形纲动物，如蜘蛛(例如蛛状丝)。由昆虫和蜘蛛产生的丝纤维代表着已知的最强天然纤维并且甚至比得上合成的高效纤维。
自从丝绸第一次出现在中国古代开始，丝绸就一直是一种具有很高期望并被广泛使用的纺织品(参见例如Elisseeff,“丝绸之路：文化和商业之路(The Silk Roads：Highways of Culture and Commerce)”,博格翰图书出版社(Berghahn Books)/UNESCO,纽约(2000)；另外参见Vainker,“中国丝绸：文化史(Chinese Silk：ACultural History)”,新泽西州皮斯卡塔韦的罗特格斯大学出版社(Rutgers University Press,Piscataway,NewJersey)(2004)，以上所列的出版物的内容以全文引用的方式并入本文中)。有光泽又光滑，丝不仅受到时装设计师的青睐，而且也受到组织工程师的青睐，因为它的机械性质强韧，在体内又无害地降解，为非常结实并且生物相容的材料基材提供了新机会(参见例如Altman等人,《生物材料》,24：401(2003)；另外参见Sashina等人,《俄罗斯应用化学杂志(Russ.J.Appl.Chem.)》,79：869(2006)，以上所列的出版物中的每一个的内容以全文引用的方式并入本文中)。
丝是由各个物种天然地产生的，所述物种包括但不限于：印度柞蚕(Antheraeamylitta)；柞蚕(Antheraea pernyi)；天蚕(Antheraea yamamai)；大蜡螟(Galleriamellonella)；家蚕；野桑蚕(Bombyx mandarina)；大蜡螟；金丝蜘蛛(Nephila clavipes)；金黄天体网蜘蛛(Nephila senegalensis)；多型棘腹蛛(Gasteracantha mammosa)；黄斑金蛛(Argiope aurantia)；十字园蛛(Araneus diadematus)；几何寇蛛(Latrodectusgeometricus)；巨头地衣圆蛛(Araneus bicentenarius)；多色肖蛸(Tetragnathaversicolor)；大腹园蛛(Araneus ventricosus)；黑狡蛛(Dolomedes tenebrosus)；意齐蛛(Euagrus chisoseus)；暗色距蛛(Plectreurys tristis)；三带金蛛(Argiopetrifasciata)；以及马达加斯加金色球蝴蛛(Nephila madagascariensis)。
一般来说，根据本公开使用的丝可以通过任何此类生物体产生、从重组来源产生或可以通过人工法制备，例如涉及对细胞或生物体进行基因工程改造来产生丝蛋白和/或化学合成。在本公开的一些实施例中，丝由家蚕这种蚕产生。
如所属领域中已知，丝在设计中是模块化的，由大的内部重复序列侧接较短(约100个氨基酸)的末端结构域(N端和C端)。天然产生的丝具有高分子量(200到350kDa或更高)，转录物具有10,000个和更多个碱基对和>3000个氨基酸(在Omenetto和Kaplan(2010)《科学》329：528-531中进行了综述)。在蚕丝的情况下，较大的模块化结构域之间夹杂着相对较短的具有疏水性带电基团的间隔区。N端和C端参与丝的组装和加工，包括组装的pH控制。尽管N端和C端的大小相比于内部模块来说相对较小，但它们是高度保守的。下表1提供了产丝物种和丝蛋白的示范性列表：
A.蚕
B.蜘蛛
表1：产丝物种和丝蛋白的示范性列表(从Bini等人(2003),《分子生物学杂志(J.Mol.Biol.)》335(1)：27-40改编，其内含以全文引用的方式并入本文中)。
丝纤蛋白
丝心蛋白是由某些蛛蛛和产丝昆虫物种产生的一类结构蛋白。对由家蚕这种蚕产生的茧丝尤其感兴趣，因为它提供了适合许多商业应用的低成本大批量生产，所述商业应用例如纺织。
蚕茧丝含有两种结构蛋白：丝心蛋白重链(约350kDa)和丝心蛋白轻链(约25kDa)，它们通过称为丝胶的非结构蛋白的家族缔合，丝胶将丝心蛋白粘合在一起，形成茧。丝心蛋白的重链和轻链在两个亚单位的C端处通过二硫键连接(参见例如Takei,F.、Kikuchi,Y.、Kikuchi,A.、Mizuno,S.和Shimura,K.(1987)105《细胞生物学杂志(J.Cell Biol.)》,175-180；另外参见Tanaka,K.、Mori,K.和Mizuno,S.114《(生物化学杂志(J.Biochem.)》(东京),1-4(1993)；Tanaka,K.、Kajiyama,N.、Ishikura,K.、Waga,S.、Kikuchi,A.、Ohtomo,K.、Takagi,T.和Mizuno,S.,1432《生物化学与生物物理学报(Biochim.Biophys.Acta.)》,92-103(1999)；Y Kikuchi、KMori、S Suzuki、K Yamaguchi和S Mizuno,“编码家蚕丝心蛋白轻链的基因的结构：轻链和重链常见的上游序列元件(Structure of the Bombyx morifibroin light-chain-encoding gene：upstream sequence elements common to thelight and heavy chain)”,110《基因(Gene)》,151-158(1992)，以上所列的出版物中的每一个的内容以全文引用的方式并入本文中)。丝胶是丝的高分子量可溶性糖蛋白组分，它提供对材料的粘性。这些糖蛋白是亲水性的并且能够通过在水中沸腾而容易地从茧中取出。
通过细调蛋白质环境条件(例如pH和离液离子的浓度)维持丝腺中的丝心蛋白的水溶性，类似地，结晶丝心蛋白可以通过使用高度浓缩的离液离子溶液(例如溴化锂)体外再生(即再溶解)，它推动了丝纤蛋白去折叠形成非晶形式，其中分子内和分子间氢键的形成是吸能的。
如本文所用的术语“丝纤蛋白”是指丝纤蛋白蛋白质，无论是由蚕、蛛蛛或其它昆虫产生的，还是以其它方式产生的(参见例如Lucas等人,13《蛋白质化学的进展(Adv.Protein Chem.)》,107-242(1958)，其内容以全文引用的方式并入本文中)。在一些实施例中，丝纤蛋白由含有溶解的蚕丝或蛛蛛丝的溶液获得。举例来说，在一些实施例中，从家蚕的茧中获得蚕丝纤蛋白。在一些实施例中，举例来说，从金丝蜘蛛获得蛛蛛丝纤蛋白。在替代方案中，在一些实施例中，适用于本发明的丝纤蛋白由含有经过基因工程改造的丝的溶液获得，所述丝是从细菌、酵母、哺乳动物细胞、转基因动物或转基因植物收集来的。(参见例如WO 97/08315和第5,245,012号美国专利，它们各自以全文引用的方式并入本文中)。
因此，在一些实施例中，用于制造本公开的组合物的丝溶液含有丝心蛋白蛋白质，基本上不含丝胶。在一些实施例中，用于制造本公开的各种组合物的丝溶液含有丝心蛋白的重链，但是基本上不含其它蛋白质。在其它实施例中，用于制造本公开的各种组合物的丝溶液含有丝心蛋白的重链和轻链，但是基本上不含其它蛋白质。在某些实施例中，用于制造本公开的各种组合物的丝溶液包含丝纤蛋白的重链和轻链；在一些此类实施例中，丝纤蛋白的重链和轻链通过至少一个二硫键连接。在一些实施例中，在存在丝心蛋白的重链和轻链的情况下，它们通过一个、两个、三个或更多个二硫键连接。虽然产丝生物体的不同物种和不同类型的丝具有不同的氨基酸组成，但是各种丝心蛋白蛋白质共用某些结构特征。丝纤蛋白结构的一般趋势是这样的氨基酸序列，其特征在于通常交替的甘氨酸和丙氨酸，或单独的丙氨酸。这种构型允许丝心蛋白分子自组装成β片层构象。这些“富含丙氨酸”的疏水性嵌段通常由具有庞大侧链基团的氨基酸区段(例如亲水性间隔区)隔开。
在一些实施例中，丝心蛋白的疏水性嵌段的核心重复序列由以下氨基酸序列和/或式子表示：
(GAGAGS)5-15(SEQ ID NO：1)；
(GX)5-15(X＝V、I、A)(SEQ ID NO：2)；
GAAS(SEQ ID NO：3)；
(S1-2A11-13)
(SEQ ID NO：4)；
GX1-4GGX(SEQ ID NO：5)；
GGGX(X＝A、S、Y、R、D、V、W、R、D)(SEQ IDNO：6)；
(S1-2A1-4)1-2(SEQ ID NO：7)；
GLGGLG(SEQ ID NO：8)；
GXGGXG(X＝L、I、V、P)(SEQ ID NO：9)；
GPX(X＝L、Y、I)；(GP(GGX)1-4Y)n(X＝Y、V、S、A)(SEQ ID NO：10)；
GRGGAn(SEQ ID NO：11)；
GGXn(X＝A、T、V、S)；GAG(A)6-7GGA(SEQ ID NO：12)；以及
GGX GX GXX(X＝Q、Y、L、A、S、R)(SEQ ID NO：13)。
在一些实施例中，丝心蛋白肽含有多个疏水性嵌段，例如在肽内含有3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19和20个疏水性嵌段。在一些实施例中，丝心蛋白肽含有4个到17个之间的疏水性嵌段。在一些实施例中，丝心蛋白肽包含至少一个长度为约4-50个氨基酸的亲水性间隔序列(“亲水性嵌段”)。在一些实施例中，亲水性间隔序列的非限制性实例包括：
TGSSGFGPYVNGGYSG(SEQ ID NO：14)；
YEYAWSSE(SEQ ID NO：15)；
SDFGTGS(SEQ ID NO：16)；
RRAGYDR(SEQ ID NO：17)；
EVIVIDDR(SEQ ID NO：18)；
TTIIEDLDITIDGADGPI(SEQ ID NO：19)以及
TISEELTI(SEQ ID NO：20)。
在一些实施例中，丝心蛋白肽含有亲水性间隔序列，它是以上所列的代表性间隔序列中的任一个的衍生物。在一些实施例中，这种衍生物与亲水性间隔序列中的任一个至少75％、至少80％、至少85％、至少90％或至少95％相同。
在一些实施例中，适合本公开的丝心蛋白肽不含间隔区。
在一些实施例中，丝是纤维状蛋白并且其特征在于模块化单元连接在一起，形成高分子量、高度重复的蛋白质。在一些实施例中，认为是各自具有特定氨基酸序列和化学性质的模块化单元或结构域提供了特定功能。举例来说，序列基序，如聚丙氨酸(polyA)和聚丙氨酸-甘氨酸(poly-AG)，倾向于形成β片层；GXX基序有助于31-螺旋形成；GXG基序提供刚度；并且，GPGXX(SEQ ID NO：22)有助于β-螺旋形成。这些是各种丝结构中的关键组分的实例，其定位和排列与基于丝的材料的最终材料特性密切相关(在Omenetto和Kaplan(2010)《科学》329：528-531中进行了综述)。
已观察到，丝心蛋白蛋白质的β片层堆叠形成晶体，而其它区段形成非晶结构域。正是硬结晶区段与有应力的弹性半非晶区域之间的相互作用给了丝非凡的特性。丝心蛋白序列的疏水性和亲水性组分的示范性列表可见于例如第WO 2011/130335号国际专利公布中，其全部内容以引用的方式并入本文中。
本文中明确地举例说明的丝材料通常由家蚕这种蚕吐丝得到的材料制备。通常在0.02M Na2CO3水溶液中将茧煮沸，然后用水充分漂洗，提取出胶样丝胶蛋白。然后在室温下把提取到的丝溶解在溶剂中，例如LiBr(如9.3M)溶液。所得丝纤蛋白溶液然后可以经过进一步加工用于如本文其它地方所述的各种应用。
在一些实施例中，聚合物是指肽链或多肽，其所具有的氨基酸序列对应于衍生自丝纤蛋白蛋白质或其变异体的片段。在本公开的基于丝纤蛋白的材料的情况下，丝纤蛋白片段通常是指比天然存在的全长丝纤蛋白对应物小的丝纤蛋白肽链或多肽，以使得丝纤蛋白片段中的一个或多个在群体或组合物内。在一些实施例中，举例来说，基于丝纤蛋白的材料包含平均分子量在约3.5kDa与约400kDa之间的丝纤蛋白多肽。在一些实施例中，丝纤蛋白片段的合适范围包括但不限于：平均分子量在约3.5kDa与约200kDa之间的丝纤蛋白多肽；平均分子量在约3.5kDa与约150kDa之间的丝纤蛋白多肽；平均分子量在约3.5kDa与约120kDa之间的丝纤蛋白多肽。在一些实施例中，丝纤蛋白多肽具有以下平均分子量：约3.5kDa、约4kDa、约4.5kDa、约5kDa、约6kDa、约7kDa、约8kDa、约9kDa、约10kDa、约15kDa、约20kDa、约25kDa、约30kDa、约35kDa、约40kDa、约45kDa、约50kDa、约55kDa、约60kDa、约65kDa、约70kDa、约75kDa、约80kDa、约85kDa、约90kDa、约95kDa、约100kDa、约105kDa、约110kDa、约115kDa、约120kDa、约125kDa、约150kDa、约200kDa、约250kDa、约300kDa、约350kDa或约400kDa。在一些优选实施例中，丝纤蛋白多肽具有约100kDa的平均分子量。
在一些实施例中，基于丝纤蛋白的材料是或包含丝纤蛋白和/或丝纤蛋白片段。在一些实施例中，可以使用各种分子量的丝纤蛋白和/或丝纤蛋白片段。在一些实施例中，各种分子量的丝纤蛋白和/或丝纤蛋白片段是丝纤蛋白多肽。在一些实施例中，丝纤蛋白多肽的大小“减小”，例如小于初始或野生型对应物，可被称为“低分子量丝纤蛋白”。关于与低分子量丝纤蛋白有关的更多详情，参见：与此同时提交的名为“低分子量丝纤蛋白和其用途(LOW MOLECULAR WEIGHT SILK FIBROIN AND USES THEREOF)”的美国临时申请，其全部内容以引用的方式并入本文中。在一些实施例中，丝纤蛋白多肽具有以下平均分子量：小于350kDa、小于300kDa、小于250kDa、小于200kDa、小于175kDa、小于150kDa、小于120kDa、小于100kDa、小于90kDa、小于80kDa、小于70kDa、小于60kDa、小于50kDa、小于40kDa、小于30kDa、小于25kDa、小于20kDa、小于15kDa、小于12kDa、小于10kDa、小于9kDa、小于8kDa、小于7kDa、小于6kDa、小于5kDa、小于4kDa、小于3.5kDa、小于3kDa、小于2.5kDa、小于2kDa、小于1.5kDa或小于约1.0kDa等。
丝和基于丝的材料的降解特性
另外，如所属领域的技术人员应了解，已经开展了许多工作，确定研究人员有控制丝的降解过程的能力。根据本公开，这种控制对于电子元件的制造，并且尤其是本身就是生物材料和/或与生物材料相容的电子元件的制造，特别有价值。可降解性(例如生物可降解性)经常是组织工程和植入中所用的生物材料所必需的。本公开涵盖以下认识：这种可降解性还与丝电子元件的制造有关并且适用于制造丝电子元件。
根据本公开，基于丝的材料的一个特别合乎需要的特征是它们能够可控地降解这一事实。也就是说，如所属领域中已知，取决于特定的基于丝的材料是如何制备的，可以控制所述材料按一定速率降解。已公布了可降解性和物质从基于丝的材料的控制释放(参见例如WO 2004/080346、WO 2005/012606、WO 2005/123114、WO 2007/016524、WO 2008/150861、WO 2008/118133，它们各自以引用的方式并入本文中)。
控制丝材料生产方法以及各种形式的基于丝的材料能够产生具有已知降解特性的丝组合物。举例来说，使用各种基于丝纤蛋白的材料，可以按活性形式加载包埋型试剂，如治疗剂，然后使它按可控方式释放，例如在几分钟、几小时、几天、几周到几个月的时间内释放。已经证明，可以使用层状丝纤蛋白涂料涂布任何材料、形状和大小的衬底，然后用它来捕获分子进行控制释放，例如2到90天。
添加剂、试剂和/或功能部分
在本发明所涵盖的实施例中的任一个中，取决于特定用途，基于丝纤蛋白的材料可以进一步包括一种或多种添加剂、试剂和/或功能部分以及其它活性或无活性试剂。
在一些实施例中，所提供的基于丝纤蛋白的材料可以包含一种或多种(例如一种、两种、三种、四种、五种或更多种)添加剂、试剂和/或功能部分。不希望受理论束缚，添加剂、试剂和/或功能部分能够提供或增强组合物中所存在的一种或多种活性剂的一种或多种所期望的特性，例如强度、柔性、加工和处理的简易性、生物相容性、生物再吸收性、表面形态、释放速率和/或动力学等等。在一些实施例中，一种或多种此类添加剂、试剂和/或功能部分能够与基于丝纤蛋白的材料共价或非共价连结(例如，通过构成材料的聚合物，如丝纤蛋白)，并且能够被均匀或不均匀地整合到丝组合物内。
在一些实施例中，添加剂、试剂和/或功能部分是或包含与聚合物共价缔合(例如通过化学修饰或基因工程)的部分。在一些实施例中，添加剂与基于丝纤蛋白的材料或基于丝纤蛋白的材料组分非共价缔合。
在一些实施例中，所提供的基于丝纤蛋白的材料所包含的添加剂、试剂和/或功能部分的总量占总的丝组合物的约0.01wt％到约99wt％、约0.01wt％到约70wt％、约5wt％到约60wt％、约10wt％到约50wt％、约15wt％到约45wt％或约20wt％到约40wt％。在一些实施例中，组合物中的丝纤蛋白与添加剂的比率可在以下范围内：约1000:1(w/w)到约1:1000(w/w)、约500:1(w/w)到约1:500(w/w)、约250:1(w/w)到约1:250(w/w)、约200:1(w/w)到约1:200(w/w)、约25:1(w/w)到约1:25(w/w)、约20:1(w/w)到约1:20(w/w)、约10:1(w/w)到约1:10(w/w)或约5:1(w/w)到约1:5(w/w)。
在一些实施例中，所提供的基于丝纤蛋白的材料包括一种或多种添加剂、试剂和/或功能部分，其相对于聚合物的摩尔比(即，丝:添加剂的比率)是例如至少1000:1、至少900:1、至少800:1、至少700:1、至少600:1、至少500:1、至少400:1、至少300:1、至少200:1、至少100:1、至少90:1、至少80:1、至少70:1、至少60:1、至少50:1、至少40:1、至少30:1、至少20:1、至少10:1、至少7:1、至少5:1、至少3:1、至少1:1、至少1:3、至少1:5、至少1:7、至少1:10、至少1:20、至少1:30、至少1:40、至少1:50、至少1:60、至少1:70、至少1:80、至少1:90、至少1:100、至少1:200、至少1:300、至少1:400、至少1:500、至少600、至少1:700、至少1:800、至少1:900或至少1:100。
在一些实施例中，部分丝:添加剂的比率是例如至多1000:1、至多900:1、至多800:1、至多700:1、至多600:1、至多500:1、至多400:1、至多300:1、至多200:1、100:1、至多90:1、至多80:1、至多70:1、至多60:1、至多50:1、至多40:1、至多30:1、至多20:1、至多10:1、至多7:1、至多5:1、至多3:1、至多1:1、至多1:3、至多1:5、至多1:7、至多1:10、至多1:20、至多1:30、至多1:40、至多1:50、至多1:60、至多1:70、至多1:80、至多1:90、至多1:100、至多1:200、至多1:300、至多1:400、至多1:500、至多1:600、至多1:700、至多1:800、至多1:900或至多1:1000。
在一些实施例中，部分丝:添加剂的比率是例如约1000:1到约1:1000、约900:1到约1:900、约800:1到约1:800、约700:1到约1:700、约600:1到约1:600、约500:1到约1:500、约400:1到约1:400、约300:1到约1:300、约200:1到约1:200、约100:1到约1:100、约90:1到约1:90、约80:1到约1:80、约70:1到约1:70、约60:1到约1:60、约50:1到约1:50、约40:1到约1:40、约30:1到约1:30、约20:1到约1:20、约10:1到约1:10、约7:1到约1:7、约5:1到约1:5、约3:1到约1:3或约1:1。
在一些实施例中，所提供的基于丝纤蛋白的材料包含添加剂、试剂和/或功能部分，例如治疗剂、预防剂和/或诊断剂。
在一些实施例中，添加剂、试剂和/或功能部分是或包含一种或多种治疗剂。一般来说，治疗剂是或包含具有药物活性(例如，已在一种或多种相关临床前模型或临床背景下以统计显著性证实的活性)的小分子和/或有机化合物。在一些实施例中，治疗剂是临床上使用的药物。在一些实施例中，治疗剂是或包含细胞、蛋白质、肽、核酸类似物、核苷酸、寡核苷酸、核酸(DNA、RNA、siRNA)、肽核酸、适体、抗体或其片段或部分、麻醉剂、抗凝血剂、抗癌剂、酶抑制剂、甾族剂、抗炎剂、抗肿瘤剂、抗原、疫苗、抗体、解充血剂、抗高血压剂、镇静剂、节育剂、促孕剂、抗胆碱能剂、止痛剂、抗抑郁剂、抗精神病剂、β-肾上腺素能阻断剂、利尿剂、心血管活性剂、血管活性剂、抗青光眼剂、神经保护剂、血管生成抑制剂、激素、激素拮抗剂、生长因子或重组性生长因子和其片段和变异体、细胞因子、酶、抗生素或抗菌化合物、抗真菌剂、抗病毒剂、毒素、前药、化疗剂、小分子、药物(例如药物、染料、氨基酸、维生素、抗氧化剂)、药理剂以及其组合。
在一些实施例中，所提供的基于丝纤蛋白的材料包含添加剂、试剂和/或功能部分，例如细胞。适用于本文的细胞包括但不限于祖细胞或干细胞、平滑肌细胞、骨骼肌细胞、心肌细胞、上皮细胞、内皮细胞、尿道上皮细胞、成纤维细胞、成肌细胞、软骨细胞、成软骨细胞、成骨细胞、破骨细胞、角化细胞、肝细胞、胆管细胞、胰岛细胞、甲状腺、甲状旁腺、肾上腺、下丘脑、垂体、卵巢、睾丸、唾液腺细胞、脂肪细胞以及前驱细胞。
在一些实施例中，所提供的基于丝纤蛋白的材料包含添加剂、试剂和/或功能部分，例如生物体，如细菌、真菌、植物或动物，或病毒。在一些实施例中，活性剂可包括或由以下选出：神经递质、激素、细胞内信号转导剂、药物活性剂、毒性剂、农业化学品、化学毒素、生物毒素、微生物以及动物细胞，如神经元、肝细胞和免疫系统细胞。活性剂还可以包括治疗性化合物，如药理学材料、维生素、镇静剂、安眠药、前列腺素以及放射性药物。
在一些实施例中，所提供的基于丝纤蛋白的材料包含添加剂、试剂和/或功能部分，例如抗生素。适合并入基于丝纤蛋白的材料中的抗生素包括但不限于氨基糖苷类(例如新霉素(neomycin))、袢霉素(ansamycin)、碳头孢烯(carbacephem)、碳青霉烯(carbapenem)、头胞菌素类(cephalosporins)(例如头孢唑林(cefazolin)、头孢克洛(cefaclor)、头孢托仑(cefditoren)、头孢托仑、头孢吡普(ceftobiprole))、糖肽(例如万古霉素(vancomycin))、大环内酯类(macrolides)(例如红霉素(erythromycin)、阿奇霉素(azithromycin))、单环β-内酰胺类(monobactam)、青霉素类(penicillins)(例如阿莫西林(amoxicillin)、氨苄青霉素(ampicillin)、氯唑西林(cloxacillin)、双氯西林(dicloxacillin)、氟氯西林(flucloxacillin))、多肽(例如杆菌肽、多粘菌素B)、喹诺酮(例如环丙沙星、依诺沙星(enoxacin)、加替沙星(gatifloxacin)、氧氟沙星(ofloxacin)等)、磺酰胺类(例如柳氮磺胺吡啶(sulfasalazine)、三甲氧苄二胺嘧啶(trimethoprim)、三甲氧苄二胺嘧啶-磺胺甲基异噁唑(复方新诺明(co-trimoxazole)))、四环素类(例如多西环素(doxycyline)、米诺环素(minocycline)、四环素等)、氯霉素(chloramphenicol)、林可霉素(lincomycin)、克林霉素(clindamycin)、乙胺丁醇(ethambutol)、莫匹罗星(mupirocin)、甲硝唑(metronidazole)、吡嗪酰胺(pyrazinamide)、甲砜霉素(thiamphenicol)、利福平(rifampicin)、甲砜霉素(thiamphenicl)、氨苯砜(dapsone)、氯苯吩嗪(clofazimine)、喹奴普丁(quinupristin)、甲硝唑、利奈唑胺(linezolid)、异烟肼(isoniazid)、磷霉素(fosfomycin)、夫西地酸(fusidic acid)、β-内酰胺抗生素、利福霉素(rifamycin)、新生霉素(novobiocin)、夫西地酸钠(fusidate sodium)、卷曲霉素(capreomycin)、甲磺酸粘菌素(colistimethate)、短杆菌肽(gramicidin)、多西环素、红霉素、萘啶酸(nalidixic acid)以及万古霉素。举例来说，β-内酰胺抗生素可以是阿洛西林(aziocillin)、氨曲南(aztreonam)、羧苄青霉素(carbenicillin)、头孢哌酮(cefoperazone)、头孢曲松(ceftriaxone)、头孢噻啶(cephaloridine)、头孢金素(cephalothin)、拉氧头孢(moxalactam)、哌拉西林(piperacillin)、替卡西林(ticarcillin)以及其组合。
在一些实施例中，所提供的基于丝纤蛋白的材料包含添加剂、试剂和/或功能部分，例如抗炎剂。抗炎剂可包括皮质类固醇(例如糖皮质激素)、睫状肌麻痹剂、非类固醇抗炎药(non-steroidal anti-inflammatory drug，NSAID)、免疫选择性抗炎衍生物(immuneselective anti-inflammatory derivative，ImSAID)以及其任何组合。示范性NSAID包括但不限于塞来昔布(celecoxib)罗非考昔(rofecoxib)依托昔布(etoricoxib)美洛昔康(meloxicam)伐地考昔(valdecoxib)、双氯芬酸(diclofenac)依托度酸(etodolac)舒林酸(sulindac)阿司匹林(aspirin)、阿氯芬酸(alclofenac)、芬氯酸(fenclofenac)、二氟尼柳(diflunisal)扑炎痛(benorylate)、磷柳酸(fosfosal)、水杨酸，包括乙酰水杨酸、乙酰水杨酸钠、乙酰水杨酸钙和水杨酸钠；布洛芬(ibuprofen)(Motrin)、酮基布洛芬(ketoprofen)、卡洛芬(carprofen)、芬布芬(fenbufen)、氟比洛芬(flurbiprofen)、奥沙普秦(oxaprozin)、舒洛芬(suprofen)、噻洛芬酸(triaprofenic acid)、非诺洛芬(fenoprofen)、吲哚洛芬(indoprofen)、吡洛芬(piroprofen)、氟芬那酸(flufenamic)、甲芬那酸(mefenamic)、甲氯芬那酸(meclofenamic)、氟尼酸(niflumic)、双水杨酯(salsalate)、罗美林(rolmerin)、芬替酸(fentiazac)、噻氯咪索(tilomisole)、羟布宗(oxyphenbutazone)、保泰松(phenylbutazone)、阿扎丙宗(apazone)、非泼拉酮(feprazone)、舒多昔康(sudoxicam)、伊索昔康(isoxicam)、替诺昔康(tenoxicam)、吡罗昔康(piroxicam)吲哚美辛(indomethacin)萘丁美酮(nabumetone)萘普生(naproxen)托麦汀(tolmetin)、罗美昔布(lumiracoxib)、帕瑞考昔(parecoxib)、利克飞龙(licofelone)(ML3000)，包括其药学上可接受的盐、异构体、对映异构体、衍生物、前药、晶体多晶型物、非晶修饰、共晶以及组合。
在一些实施例中，所提供的基于丝纤蛋白的材料包含添加剂、试剂和/或功能部分，例如抗体。适合并入基于丝纤蛋白的材料中的抗体包括但不限于阿昔单抗(abciximab)、阿达木单抗(adalimumab)、阿仑单抗(alemtuzumab)、巴利昔单抗(basiliximab)、贝伐单抗(bevacizumab)、西妥昔单抗(cetuximab)、聚乙二醇化赛妥珠单抗(certolizumab pegol)、达利珠单抗(daclizumab)、艾库组单抗(eculizumab)、依法利珠单抗(efalizumab)、吉妥珠单抗(gemtuzumab)、替坦异贝莫单抗(ibritumomab tiuxetan)、英利昔单抗(infliximab)、莫罗莫那(muromonab)-CD3、那他珠单抗(natalizumab)、奥伐木单抗(ofatumumab)、奥马珠单抗(omalizumab)、帕利珠单抗(palivizumab)、帕尼单抗(panitumumab)、兰比珠单抗(ranibizumab)、利妥昔单抗(rituximab)、托西莫单抗(tositumomab)、曲妥珠单抗(trastuzumab)、喷替酸阿妥莫单抗(altumomab pentetate)、阿西莫单抗(arcitumomab)、阿利珠单抗(atlizumab)、贝妥莫单抗(bectumomab)、贝利单抗(belimumab)、贝索单抗(besilesomab)、比西单抗(biciromab)、卡那单抗(canakinumab)、卡罗单抗喷地肽(capromab pendetide)、卡妥索单抗(catumaxomab)、地诺单抗(denosumab)、依决洛单抗(edrecolomab)、依芬古单抗(efungumab)、鄂托默单抗(ertumaxomab)、埃达珠单抗(etaracizumab)、法索单抗(fanolesomab)、芳妥珠单抗(fontolizumab)、吉妥珠单抗奥唑米星(gemtuzumab ozogamicin)、戈利木单抗(golimumab)、伊戈伏单抗(igovomab)、英西单抗(imciromab)、拉贝珠单抗(labetuzumab)、美泊利单抗(mepolizumab)、莫维珠单抗(motavizumab)、尼妥珠单抗(nimotuzumab)、巯诺莫单抗(nofetumomab merpentan)、奥戈伏单抗(oregovomab)、潘妥莫单抗(pemtumomab)、帕妥珠单抗(pertuzumab)、罗维珠单抗(rovelizumab)、鲁利单抗(ruplizumab)、硫索单抗(sulesomab)、他珠单抗四氢西泮(tacatuzumab tetraxetan)、替非珠单抗(tefibazumab)、托珠单抗(tocilizumab)、优特克单抗(ustekinumab)、维西珠单抗(visilizumab)、伏妥莫单抗(votumumab)、扎鲁姆单抗(zalutumumab)以及扎木单抗(zanolimumab)。
在一些实施例中，所提供的基于丝纤蛋白的材料包含添加剂、试剂和/或功能部分，例如多肽(例如蛋白质)，包括但不限于：一种或多种抗原、细胞因子、激素、趋化因子、酶以及其任何组合，作为试剂和/或官能团。适用于本文的示范性酶包括但不限于过氧化物酶、脂肪酶、直链淀粉、有机磷酸脱氢酶、连接酶、限制性核酸内切酶、核糖核酸酶、DNA聚合酶、葡萄糖氧化酶、漆酶等等。
在一些实施例中，所提供的基于丝纤蛋白的材料包含添加剂、试剂和/或功能部分，例如特别适用于伤口愈合。在一些实施例中，适用于伤口愈合的试剂包括伤口愈合级联的刺激剂、增强剂或正性介质，其1)促进或加速自然伤口愈合过程；或2)减少与不当或延迟的伤口愈合有关的影响，所述影响包括例如不良炎症、上皮形成、血管生成和基质沉积以及结疤和纤维化。
在一些实施例中，所提供的基于丝纤蛋白的材料包含添加剂、试剂和/或功能部分，例如光学或电学活性剂，包括但不限于发色团；发光有机化合物，如荧光素、胡萝卜素；发光无机化合物，如化学染料；集光化合物，如叶绿素、噬菌调理素、变形菌视紫质(protorhodopsin)和卟啉；捕光复合物，如藻胆蛋白；以及相关电子活性化合物；以及其组合。在一些实施例中，无机填充剂，包括例如：β-TCP和双相磷酸钙(biphasic calciumphosphate，BCP)。
在一些实施例中，所提供的基于丝纤蛋白的材料包含添加剂、试剂和/或功能部分，例如特别适用于基于丝纤蛋白的材料的化学修饰。在一些实施例中，所提供的基于丝纤蛋白的材料包含添加剂、试剂和/或功能部分，例如特别用于改善亲水性、吸水性、形状保持性或疏水性，包括但不限于：4-磺胺酸、聚赖氨酸、4-(庚氧基)苯胺、4'-氨基苯乙酮、超吸收聚合物；实例包括但不限于聚丙烯酸钠、交联聚乙烯醇(crosslinked polyvinyl alcohol，PVA)、聚环氧乙烷(polyethylene oxide，PEO)、聚丙烯酸、吸湿性材料、纤维素和淀粉(例如改性的或未改性的)、尼龙、聚碳酸酯、聚乙二醇或其组合。
核酸
在一些实施例中，所提供的基于丝纤蛋白的材料包含添加剂、试剂和/或功能部分，例如核酸剂。在一些实施例中，基于丝纤蛋白的材料可释放核酸剂。在一些实施例中，核酸剂是或包含治疗剂。在一些实施例中，核酸剂是或包含诊断剂。在一些实施例中，核酸剂是或包含预防剂。
所属领域的技术人员应了解，核酸剂可具有在广泛范围内的长度。在一些实施例中，核酸剂具有长度如下的核苷酸序列：至少约40，例如至少约60、至少约80、至少约100、至少约200、至少约500、至少约1000或至少约3000个核苷酸。在一些实施例中，核酸剂所具有的长度是约6到约40个核苷酸。举例来说，核酸剂的长度可以是约12到约35个核苷酸、长度是约12到约20个核苷酸或长度是约18到约32个核苷酸。
在一些实施例中，核酸剂可以是或包含脱氧核糖核酸(deoxyribonucleic acid，DNA)、核糖核酸(ribonucleic acid，RNA)、肽核酸(peptide nucleic acid，PNA)、吗啉代核酸、锁核酸(locked nucleic acid，LNA)、二醇核酸(glycol nucleic acid，GNA)、苏糖核酸(threose nucleic acid，TNA)和/或其组合。
在一些实施例中，核酸所具有的核苷酸序列是或包含至少一个编码蛋白质的元件。在一些实施例中，核酸所具有的核苷酸序列是或包含至少一个与蛋白质编码序列互补的元件。在一些实施例中，核酸所具有的核苷酸序列包括一个或多个基因表达调控元件(例如启动子元件、增强子元件、剪接供体位点、剪接受体位点、转录终止序列、翻译起始序列、翻译终止序列等)。在一些实施例中，核酸所具有的核苷酸序列包括复制起点。在一些实施例中，核酸所具有的核苷酸序列包括一个或多个整合序列。在一些实施例中，核酸所具有的核苷酸序列包括一或多个参与分子内或分子间重组(例如同源重组)的元件。在一些实施例中，核酸具有酶活性。在一些实施例中，核酸与细胞、组织或生物体中的目标杂交。在一些实施例中，核酸作用于(例如结合、裂解等)细胞内的目标。在一些实施例中，在从所提供的组合物中释放之后，核酸在细胞中表达。在一些实施例中，在从所提供的组合物中释放之后，核酸整合到细胞中的基因组中。
在一些实施例中，核酸剂具有单股核苷酸序列。在一些实施例中，核酸剂所具有的核苷酸序列折叠成更高级的结构(例如双股和/或三股结构)。在一些实施例中，核酸剂是或包含寡核苷酸。在一些实施例中，核酸剂是或包含反义寡核苷酸。核酸剂可包括单独的核苷酸水平上或寡核苷酸主链水平上的化学修饰，或它可以没有修饰。
在本公开的一些实施例中，核酸剂是siRNA剂。短干扰RNA(Short interferingRNA，siRNA)包含RNA双链体，它长大约19个碱基对并且任选地进一步包含一个或两个单股悬臂。siRNA可以由两个杂交在一起的RNA分子形成，或可替代地可以由单个包括自杂交部分的RNA分子产生。通常优选的是，siRNA分子的游离5'端具有磷酸基，并且游离3'端具有羟基。siRNA的双链体部分可含有由一个或多个不配对的核苷酸组成的一个或多个凸起，但通常是不含的。siRNA的其中一股包括与目标转录物杂交的部分。在本发明的某些优选实施例中，siRNA的其中一股与目标转录物的区域精确互补，意味着siRNA与目标转录物杂交，一点错配都没有。在本发明的其它实施例中，在siRNA与目标转录物的目标部分之间可存在一个或多个错配。在本发明的大部分没有达到完美互补的实施例中，使任何错配位于siRNA末端处或末端附近通常是优选的。
短发夹RNA是指这样的RNA分子，它包含至少两个已杂交或能够杂交形成双股(双链体)结构的互补部分和至少一个成环的单股部分，所述双股(双链体)结构足够长以介导RNAi(长度通常是至少19个碱基对)，所述单股部分的长度通常在大约1个与10个核苷酸之间。双链体部分可含有由一个或多个不配对的核苷酸组成的一个或多个凸起，但通常是不含的。如下文进一步描述，认为shRNA通过保守的细胞RNAi机制被加工成了siRNA。因此，shRNA是siRNA的前体，并且一般来说，同样能够抑制目标转录物的表达。
在描述siRNA时，它指的是siRNA的有义股和反义股通常是合适的。一般来说，siRNA的有义股的双链体部分的序列与目标转录物的目标部分基本上相同，而siRNA的反义股与此区域中的目标转录物基本上互补，如下文进一步所讨论。虽然shRNA含有单个自杂交RNA分子，但是应了解，所得双链体结构可视为包含有义和反义股或部分。因此，它在本文中宜指shRNA的有义股和反义股或有义部分和反义部分，其中反义股或反义部分是分子中形成或能够形成双链体并且与目标转录物的目标部分基本上互补的那个区段，而有义股或有义部分是分子中形成或能够形成双链体并且序列与目标转录物的目标部分基本上相同的那个区段。
出于描述的目的，以下讨论可指siRNA，而不是siRNA或shRNA。然而，如所属领域的一般技术人员明显可知，与siRNA的有义股和反义股有关的教导内容一般适用于相对应的shRNA的茎部分的有义部分和反义部分。因此一般来说，以下考量也适用于shRNA。
出于本文所述的目的，如果符合以下，那么就认为siRNA剂靶向目标转录物：1)目标转录物的稳定性在存在siRNA或shRNA时相比于不存在siRNA或shRNA时降低；和/或2)关于至少约15、更优选至少约17、再更优选至少约18或19到约21-23个核苷酸的链段，siRNA或shRNA显示与目标转录物至少约90％、更优选至少约91％、92％、93％、94％、95％、96％、97％、98％、99％或100％准确的序列互补性；和/或3)siRNA的其中一股或shRNA的自互补部分中的一个与目标转录物在小(<50个核苷酸)RNA分子的严格的体外杂交条件下和/或在哺乳动物细胞的细胞质或细胞核中通常所见的条件下杂交。因为靶向转录物的作用是减少或抑制指导转录物的合成的基因的表达，所以也可以认为靶向转录物的siRNA、shRNA靶向指导转录物的合成的基因，即使并不认为基因本身(即，基因组DNA)与siRNA、shRNA或细胞沉默机制的组分能相互作用。因此在一些实施例中，靶向转录物的siRNA、shRNA应理解为是靶向为转录物的合成提供模板的基因。
在一些实施例中，siRNA剂能够抑制多肽(例如蛋白质)的表达。示范性多肽包括但不限于基质金属肽酶9(matrix metallopeptidase 9，MMP-9)、中性内肽酶(neutralendopeptidase，NEP)和蛋白酪氨酸磷酸酶1B(protein tyrosine phosphatase 1B，PTP1B)。
生长因子
在一些实施例中，所提供的基于丝纤蛋白的材料包含添加剂、试剂和/或功能部分，例如生长因子。在一些实施例中，基于丝纤蛋白的材料可释放生长因子。在一些实施例中，基于丝纤蛋白的材料可释放多个生长因子。在一些实施例中，所属领域中已知的生长因子包括例如肾上腺髓素、血管生成素、自分泌运动因子、嗜碱细胞、脑源性神经营养因子、骨形态生成蛋白、集落刺激因子、结缔组织生长因子、内皮细胞、表皮生长因子、红细胞生成素、成纤维细胞生长因子、成纤维细胞、神经胶质细胞系源性神经营养因子、粒细胞集落刺激因子、粒细胞巨噬细胞集落刺激因子、生长分化因子-9、肝细胞生长因子、肝细胞瘤源性生长因子、胰岛素样生长因子、白细胞介素、角质化细胞生长因子、角质化细胞、淋巴细胞、巨噬细胞、肥大细胞、肌肉抑制素、神经生长因子、神经营养因子、血小板源性生长因子、胎盘生长因子、成骨细胞、血小板、促炎性、基质细胞、T淋巴细胞、血小板生成素、转化生长因子α、转化生长因子β、肿瘤坏死因子-α、血管内皮生长因子以及其组合。
在一些实施例中，所提供的基于丝纤蛋白的材料包含添加剂、试剂和/或功能部分，例如特别适用于愈合的那种。适用作缺陷修复和/或愈合的生长因子的示范性试剂可以包括但不限于用于所属领域中现在已知的或今后研发的缺陷治疗药征的生长因子；用于促进骨骼和/或组织缺陷愈合的示范性因子、试剂或药征，包括天然的或合成的生长因子、细胞因子或其调节剂。合适的实例可包括但不限于1)局部或敷料和相关疗法以及清创剂(例如胶原酶)和(卡地姆碘(cadexomer iodine))；2)抗菌剂，包括全身性或局部乳膏或凝胶，包括例如含银试剂，如银抗菌凝胶(silver antimicrobial gel，SAG)(CollaGUARDTM，Innocoll公司)(基于经过纯化的I型胶原蛋白蛋白质的敷料)、CollaGUARD Ag(用于被感染伤口或有感染风险的伤口的用银浸渍过的基于胶原蛋白的生物活性敷料)、DermaSILTM(用于深且严重的有流出物的伤口的胶原蛋白合成泡沫复合敷料)；3)细胞疗法或经过生物工程改造的皮肤、皮肤替代物和皮肤等同物，包括例如Dermograft(分泌细胞因子和生长因子的人成纤维细胞的3维基质培养)、(人角质化细胞和成纤维细胞)、(双层表皮细胞和成纤维细胞，它在组织学上类似于正常的皮肤并且所产生的生长因子类似于正常皮肤所产生的生长因子)、TransCyte(人成纤维细胞源性临时皮肤替代物)和(包含生长因子和细胞外基质组分的活性生物材料，细胞外基质组分例如胶原蛋白、蛋白多糖和葡糖胺聚糖)；4)被引入伤口中用于促进伤口愈合的细胞因子、生长因子或激素(天然的和合成的)，包括例如NGF、NT3、BDGF、整合素、纤溶酶(plasmin)、脑信号蛋白(semaphoring)、血液源性生长因子、角质化细胞生长因子、组织生长因子、TGF-α、TGF-β、PDGF(可以使用三个亚型中的一个或多个：AA、AB和B)、PDGF-BB、TGF-β3、调节TGFβ3、TGFβ1和TGFβ2的相对水平的因子(例如甘露糖-6-磷酸)、性类固醇，包括例如由以下组成的群组中选出的雌激素、雌二醇或雌激素受体激动剂：乙炔雌二醇、双烯雌酚、雌醇甲醚、雌二醇、雌三醇、共轭雌激素、雌酮硫酸酯哌嗪、己烯雌酚、己烯雌酚磷酸四钠(fosfesterol tetrasodium)、聚磷酸雌二醇、替勃龙(tibolone)、植物雌激素、17-β-雌二醇；胸腺激素，如胸腺素-β-4、EGF、HB-EGF、成纤维细胞生长因子(例如FGF1、FGF2、FGF7)、角质化细胞生长因子、TNF、炎症反应调节剂的白细胞介素家族，例如IL-10、IL-1、IL-2、IL-6、IL-8和IL-10以及其调节剂；INF(INF-α、INF-β和INF-δ)；活化素或抑制素的刺激剂以及干扰素γ前列腺素E2的抑制剂(PGE2)和腺苷3′,5′-环单磷酸(cAMP)通路的介质；腺苷A1激动剂、腺苷A2激动剂；或5)适用于伤口愈合的其它试剂，包括例如VEGF、VEGFA、IGF的天然的或合成的同源物、激动剂和拮抗剂；IGF-1、促炎性细胞因子、GM-CSF和瘦素(leptins)；以及6)IGF-1和KGF cDNA、自体血小板凝胶、次氯酸(硫辛酸、一氧化氮合酶3、基质金属蛋白酶9(MMP-9)、CCT-ETA、αvβ6整合素、生长因子预致敏成纤维细胞和核心蛋白聚糖(Decorin)、含银伤口敷料、XenadermTM、木瓜蛋白酶伤口清创剂、乳铁蛋白、P物质、胶原蛋白和银-ORC、胎盘碱性磷酸酶或胎盘生长因子、hedgehog信号的调节剂、胆固醇合成通路的调节剂和活化蛋白C(Activated Protein C，APC)、角质化细胞生长因子、TNF、凝血噁烷A2、NGF、BMP骨形态生成蛋白、BMP-2、P24肽、结缔组织生长因子(connective tissue growth factor，CTGF)、伤口愈合趋化因子、核心蛋白聚糖、乳酸盐诱导的新血管生成的调节剂、鱼肝油、胎盘碱性磷酸酶或胎盘生长因子以及胸腺素β4。在某些实施例中，可组合使用一种、两种、三种、四种、五种或六种适用于伤口愈合的试剂。更多详情可见于第8,247,384号美国专利中，其内容以引用的方式并入本文中。
应了解，适用于愈合的生长因子(包括例如生长因子和细胞因子)的试剂涵盖所有天然存在的多晶型物(例如，生长因子或细胞因子的多晶型物)。还涵盖功能片段、包含所述适用于伤口愈合的试剂中的一种的嵌合蛋白或其功能片段、通过伤口愈合剂的一个或多个氨基酸的类似取代获得的同源物以及物种同源物。可以设想，一种或多种适用于伤口愈合的试剂可以是重组DNA技术的产物，并且一种或多种适用于伤口愈合的试剂可以是转基因技术的产物。举例来说，可以按重组PDGF或包含PDGF编码序列的基因疗法载体形式提供血小板源性生长因子。
诊断剂
在一些实施例中，所提供的基于丝纤蛋白的材料包含添加剂、试剂和/或功能部分，例如特别适用作诊断剂的那种。在一些实施例中，诊断剂包括气体；正电子发射断层扫描(positron emissions tomography，PET)、计算机辅助断层扫描(computer assistedtomography，CAT)、单光子发射计算机断层扫描、x射线、荧光透视法以及磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)中所用的市售成像剂；以及造影剂。适用作MRI中的造影剂的材料的实例包括钆螯合物，以及铁、镁、锰、铜和铬。适用于CAT和x射线成像的材料的实例包括基于碘的材料。
在一些实施例中，所提供的基于丝纤蛋白的材料包含添加剂、试剂和/或功能部分，例如特别适用作治疗剂和/或诊断剂的放射性核素。在所用的放射性核素中，γ发射体、正电子发射体以及X射线发射体适合于诊断和/或治疗，而β发射体和α发射体也可用于治疗。用于形成根据本发明的热响应共轭物的合适的放射性核素包括但不限于123I、125I、130I、131I、133I、135I、47Sc、72As、72Se、90Y、88Y、97Ru、100Pd、101mRh、119Sb、128Ba、197Hg、211At、212Bi、212Pb、109Pd、111In、67Ga、68Ga、67Cu、75Br、77Br、99mTc、14C、13N、15O、32P、33P以及18F。在一些实施例中，诊断剂可以是荧光、发光或磁性部分。
荧光和发光部分包括各种不同有机或无机小分子，通常被称为“染料”、“标记”或“指示剂”。实例包括荧光素、若丹明(rhodamine)、吖啶染料、Alexa染料、花青染料等。荧光和发光部分可包括各种天然存在的蛋白质和其衍生物，例如经过基因工程改造的变异体。举例来说，荧光蛋白包括绿色荧光蛋白(green fluorescent protein，GFP)、增强GFP、红色、蓝色、黄色、青色和天蓝色荧光蛋白、珊瑚礁荧光蛋白质等。发光蛋白包括荧光素酶、水母发光蛋白和其衍生物。众多荧光和发光染料和蛋白质是所属领域中已知的(参见例如第2004/0067503号美国专利申请公开；Valeur,B.,“分子荧光：原理和应用(MolecularFluorescence：Principles and Applications)”,约翰·威利父子出版公司(John Wileyand Sons),2002；《荧光探针和研究产物手册(Handbook of Fluorescent Probes andResearch Products)》,分子探针公司(Molecular Probes),第9版,2002；以及《荧光探针和标记技术指导手册(The Handbook-A Guide to Fluorescent Probes and LabelingTechnologies)》,英杰公司(Invitrogen),第10版，可在英杰网站上获得；两者均以引用的方式并入本文中)。
两亲性多肽材料的制造方法
本公开提供了形成、制造、提供和/或制备两亲性多肽材料的方法。根据各个实施例，本发明提供用于实现溶液到固体的转变的技术。根据各个实施例，本发明提供用于实现溶液到凝胶到固体的转变的技术。如下文所述，预期实现这种转变将引起如本公开所提供的两亲性多肽材料的形成。
在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料的制造包含溶液到固体的转变。
在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料的制造包含溶液到凝胶到固体的转变。在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料的制造方法包括提供两亲性多肽溶液。在一些实施例中，方法包括使两亲性多肽溶液保形地变成两亲性多肽凝胶。在一些实施例中，方法包括提供两亲性多肽凝胶。在一些实施例中，方法包括使两亲性多肽凝胶转变为两亲性多肽固体。
在一些实施例中，本公开的方法的步骤是全水性的。在一些实施例中，本公开的方法的步骤不包括非水溶剂。
在一些实施例中，本公开承认，所提供的两亲性多肽材料由水溶液制成。在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料的制造方法在其制造过程中不包含、不使用或不需要有机溶剂和/或非水溶剂。在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料的制造方法不包含、不使用或不需要从这种材料中去除有机溶剂和/或非水溶剂。在一些实施例中，完全基于水的工艺不会危害材料的生物相容性。
在一些实施例中，本公开承认，所提供的两亲性多肽材料在环境条件下制造。
在一些实施例中，通过所提供的方法形成的两亲性多肽材料的材料特性和机械特性易受条件的影响，例如如本文所述的温度、压力、空气流/气流和/或湿度。
在一些实施例中，如上文所提供的，包含两亲性多肽溶液的方法是或包含丝纤蛋白。
两亲性多肽在水溶液中的再生
在一些实施例中，所提供的用于实施本公开的两亲性多肽材料通过形成两亲性多肽水溶液来提供、制备和/或制造。
如上文所提供，本发明方法适用于任何两亲性多肽，例如如本文详细描述的丝纤蛋白。
在一些实施例中，用于实施本公开的两亲性多肽溶液由多肽(例如丝聚合物)水溶液提供、制备和/或制造，其中溶剂是水、PBS以及其组合。在一些实施例中，根据本公开使用的两亲性多肽溶液由除PBS以外的溶剂中的水性多肽溶液提供、制备和/或制造。在一些实施例中，根据本公开使用的两亲性多肽溶液由多肽于水中的溶液提供、制备和/或制造。在一些实施例中，根据本公开使用的两亲性多肽溶液由多肽于DMEM中的溶液提供、制备和/或制造。在一些实施例中，根据本公开使用的两亲性多肽溶液由未经过缓冲的水性多肽溶液提供、制备和/或制造。
在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料可以由浓度在约0.1％与约30％之间的范围内的两亲性多肽溶液制成。
在一些实施例中，可使用高分子量丝形成根据本发明方法所提供的两亲性多肽材料。在一些实施例中，可使用本发明方法将低分子量丝制成所提供的丝纤蛋白材料/整料。举例来说，在一些实施例中，分子量在约50kDa与约400kDa之间的范围内的丝纤蛋白能够形成所提供的丝纤蛋白材料/整料。在一些实施例中，可将极低分子量的丝(90mb)制成所提供的丝纤蛋白材料/整料。在一些实施例中，所提供的丝纤蛋白材料由分子量在下限(例如约20kDa、约30kDa、约40kDa、约50kDa、约60kDa或更大)与上限(例如约400kDa、约375kDa、约350kDa、约325kDa、约300kDa或更小)之间的范围内的丝纤蛋白组成。在一些实施例中，根据本公开方法提供、制备和/或制造的丝纤蛋白材料/整料是或包含分子量约60kDa的丝纤蛋白。
在一些实施例中，提供具有高分子量丝纤蛋白片段的丝纤蛋白溶液将产生更加结晶并且更脆的丝纤蛋白多肽材料/整料。
在一些实施例中，提供具有低分子量两亲性多肽片段的丝纤蛋白溶液将产生不太结晶并且不太脆的丝纤蛋白材料。
在一些实施例中，两亲性多肽，如丝纤蛋白的煮沸和脱胶例如是在Na2CO3溶液中。
在一些实施例中，本公开所提供的两亲性多肽材料，如丝，通过使丝茧在水溶液中在以下温度脱胶而由两亲性多肽产生：约30℃、约35℃、约40℃、约45℃、约50℃、约55℃、约60℃、约65℃、约70℃、约75℃、约80℃、约85℃、约90℃、约95℃、约100℃、约105℃、约110℃、约115℃、约120℃、约125℃、约130℃、约135℃、约140℃、约145℃或约至少150℃。在一些实施例中，方法涉及在高温下提取多肽(如丝纤蛋白)，如在约101℃与约135℃之间、在约105℃与约130℃之间、在约110℃与约130℃之间、在约115℃与约125℃之间、在约118℃与约123℃之间，例如约115℃、116℃、117℃、118℃、119℃、120℃、121℃、122℃、123℃、124℃、125℃。在一些实施例中，在低于约65℃的温度下进行煮沸。在一些实施例中，在约60℃或更低的温度下进行煮沸。
另外或或者，在一些实施例中，所提供的方法涉及在高压下提取两亲性多肽(如丝纤蛋白)，如约5psi、6psi、7psi、8psi、9psi、10psi、11psi、12psi、13psi、14psi、15psi、16psi、17psi、18psi、19psi、20psi、21psi、22psi、23psi、24psi、25psi、30psi、31psi、32psi、33psi、34psi以及35psi。在一些实施例中，在高温下并且在高压下提取两亲性多肽(如丝纤蛋白)，例如在约110℃和约130℃之间和约10与约20psi之间，持续适合产生将容易通过0.2μm过滤器的两亲性多肽溶液的持续时间。在一些实施例中，在高温下并且在高压下提取两亲性多肽(如丝纤蛋白)，例如在约110℃与约130℃之间和约10到约20psi下，持续约60到约180分钟。在一些实施例中，在高温下并且在高压下提取两亲性多肽(如丝纤蛋白)。
在一些实施例中，所产生的用于本公开的两亲性多肽片段所具有的分子量与煮沸时间的长度呈反比。在一些实施例中，根据本公开使用的两亲性多肽材料由多肽溶液(例如丝纤蛋白)提供、制备和/或制造，所述多肽溶液已煮沸至少约5、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、70、80、90、100、110、120、150、180、210、240、270、310、340、370、410分钟或更久。在一些实施例中，两亲性多肽，如丝纤蛋白片段，可以通过在或接近(例如在约5％之内)大气压沸腾温度下使丝茧脱胶至少约以下时间而获得：沸腾1分钟、沸腾2分钟、沸腾3分钟、沸腾4分钟、沸腾5分钟、沸腾6分钟、沸腾7分钟、沸腾8分钟、沸腾9分钟、沸腾10分钟、沸腾11分钟、沸腾12分钟、沸腾13分钟、沸腾14分钟、沸腾15分钟、沸腾16分钟、沸腾17分钟、沸腾18分钟、沸腾19分钟、沸腾20分钟、沸腾25分钟、沸腾30分钟、沸腾35分钟、沸腾40分钟、沸腾45分钟、沸腾50分钟、沸腾55分钟、沸腾60分钟或更久，包括例如至少70分钟、至少80分钟、至少90分钟、至少100分钟、至少110分钟、至少约120分钟或更久。如本文所用的术语“大气压沸腾温度”是指在大气压下液体沸腾时的温度。
在一些实施例中，所提供的材料通过以下制备和/或制造：将丝纤维溶解在LiBr中，然后相对于水进行透析。
在一些实施例中，根据本公开使用的两亲性多肽(例如丝纤蛋白)由调整成和/或维持在低于生理pH下的丝溶液提供、制备和/或制造。举例来说，在一些实施例中，根据本公开使用的两亲性多肽由调整成和/或维持在接近或低于约6的pH下的两亲性多肽溶液提供、制备和/或制造。在一些实施例中，两亲性多肽由pH如下的两亲性多肽溶液提供、制备和/或制造：例如约6或更小、约5或更小、约4或更小、约3或更小、约2或更小、约1.5或更小或约1或更小。然而，在一些替代实施例中，两亲性多肽由pH在以下范围中的两亲性多肽溶液提供、制备和/或制造：例如至少6、至少7、至少8、至少9以及至少约10。
在一些实施例中，根据本公开使用的所提供的两亲性多肽材料由具有约0.5wt％多肽到约30wt％多肽的两亲性多肽溶液，如丝纤蛋白溶液提供、制备和/或制造。在一些实施例中，根据本公开使用的所提供的两亲性多肽材料由具有小于约30wt％多肽的两亲性多肽溶液，如丝纤蛋白溶液提供、制备和/或制造。在一些实施例中，根据本公开使用的所提供的两亲性多肽材料由具有小于约20wt％多肽的多肽溶液，如丝纤蛋白溶液提供、制备和/或制造。在一些实施例中，根据本发明使用的所提供的两亲性多肽材料由具有小于约10wt％两亲性多肽的两亲性多肽溶液，如丝纤蛋白溶液提供、制备和/或制造。在一些实施例中，根据本发明使用的所提供的两亲性多肽材料由如下两亲性多肽溶液，如丝纤蛋白溶液提供、制备和/或制造：具有小于约10wt％两亲性多肽，或甚至具有约5％wt％、约4wt％、约3wt％、约2wt％、约1wt％两亲性多肽或更少。
在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料，如基于丝纤蛋白的材料，通过控制丝浓度进行调节。在一些实施例中，丝纤蛋白的重量百分比可按任何符合需要的浓度存在于溶液中。在一些实施例中，丝纤蛋白溶液可具有浓度为约0.1mg/mL到约50mg/mL的丝纤蛋白。在一些实施例中，丝纤蛋白溶液可以包含以下浓度的丝纤蛋白：约小于1mg/mL、约小于1.5mg/mL、约小于2mg/mL、约小于2.5mg/mL、约小于3mg/mL、约小于3.5mg/mL、约小于4mg/mL、约小于4.5mg/mL、约小于5mg/mL、约小于5.5mg/mL、约小于6mg/mL、约小于6.5mg/mL、约小于7mg/mL、约小于7.5mg/mL、约小于8mg/mL、约小于8.5mg/mL、约小于9mg/mL、约小于9.5mg/mL、约小于10mg/mL、约小于11mg/mL、约小于12mg/mL、约小于13mg/mL、约小于14mg/mL、约小于15mg/mL、约小于16mg/mL、约小于17mg/mL、约小于18mg/mL、约小于19mg/mL、约小于20mg/mL、约小于25mg/mL、约小于30mg/mL、约小于35mg/mL、约小于40mg/mL、约小于45mg/mL或约小于50mg/mL。
在天然来源的两亲性多肽中，已对丝纤蛋白蛋白质进行了研究，这是因为其极佳的机械特性、生物相容性、可控降解速率以及结晶β片层结构网状物的可诱导形成。(参见例如Altman等人,24Biomats.401-16(2003)；Jin和Kaplan,424《自然(Nature)》1057-61(2003)；Horan等人,26Biomats.3385-93(2005)；Kim等人,26Biomats.2775-85(2005)；Ishida等人,23《大分子(Macromolecules)》88-94(1990)；Nazarov等人,5《生物大分子(Biomacromolecules)》718-26(2004))。丝纤蛋白已被制造成各种材料形式，包括用于组织工程和控制药物释放应用的膜、三维多孔支架、电纺纤维以及微球体(Jin等人,5《生物大分子》711-7(2004)；Jin等人,3《生物大分子》,1233-39(2002)；Hino等人,266《胶体与界面科学杂志(J.Colloid Interface Sci.)》68-73(2003)；Wang等人,117《控制释放杂志(J.Control Release)》,360-70(2007)；还参见第11/020,650号、第10/541,182号、第11/407,373号和第11/664,234号美国专利申请；PCT/US07/020,789；PCT/US08/55072，以上所列的出版物中的每一个的内容以全文引用的方式并入本文中)。
溶胶-凝胶转变
在一些实施例中，两亲性多肽材料可通过溶液到凝胶到固体的转变形成。
在一些实施例中，两亲性多肽凝胶可通过任何已在文献中报道过的方法形成。
在一些实施例中，当通过化学试剂(例如交联剂)或物理刺激(例如pH和/或温度)触发聚合物链以化学或物理方式交联成网状物时，发生胶凝。
一般来说，天然来源的聚合物的胶凝不太可控，虽然它们往往适用作用于组织工程和植入式医疗装置的细胞和生物活性分子的载体，这是因为它们的大分子特性与细胞外基质更紧密地匹配并且降解产物无毒。(参见Lee等人,221《国际药物杂志(Int'lJ.Pharma.)》1-22(2001)；等人,8《生物技术趋势(Trends Biotech.)》71-78(1990)，其内容以全文引用的方式并入本文中)。
经过纯化的丝纤蛋白水溶液在体外自组装成β片层结构并形成水凝胶。这种溶胶-凝胶转变受温度、pH和离子强度影响。(参见Wang等人,36《国际生物大分子杂志(Int'lJ.Biol.Macromol.)》66-70(2005)；Kim等人,5《生物大分子》786-92(2004)；Matsumoto等人,110《物理化学杂志B辑(J.Phys.Chem.B)》21630-38(2006)，以上所列的出版物中的每一个的内容以全文引用的方式并入本文中)。
在一些实施例中，由浓度在约0.5wt％与约30wt％之间的溶液通过以下实现两亲性多肽溶胶-凝胶转变：使溶液电胶凝，减小溶液pH，对溶液进行声处理，使溶液涡旋，暴露于极性溶剂(例如丙酮、乙醇、甲醇)，在各种温度(2<T<90℃)下自胶凝。或者，在一些实施例中，可通过按>20wt％的浓度浓缩水中的溶液形成水凝胶。
在一些实施例中，向两亲性多肽溶液施加电场，将溶液转化成凝胶。在一些实施例中，当两亲性多肽是丝时，直接向丝纤蛋白溶液施加电压就能发生丝纤蛋白凝胶的形成。
在一些实施例中，可通过两亲性多肽溶液的电胶凝形成两亲性多肽凝胶。电胶凝是所属领域中已知的(参见例如WO 2010/036992 A2Bernhard等人,活性丝粘膜粘合剂、丝电胶凝工艺以及装置(Active Silk Muco-Adhesives,Silk Electrogelation Process,and Devices),2010年4月1日出版，其内容以全文引用的方式并入本文中)。
在一些实施例中，例如可通过将电极浸没在丝纤蛋白溶液中并在电极两端施加恒定电压来对丝纤蛋白溶液施加电场。在一些实施例中，通过电压产生的电场引起了丝纤蛋白从无规卷曲到丝I形成的构象变化。在一些实施例中，通过电胶凝实现丝纤蛋白的亚稳定丝I构象的增加。另外，在一些实施例中，以凝胶形式呈现的丝I结构可转换回到液体形式(无规卷曲形式)；或通过极小的额外分子取向，可转化为β片层结构。
在一些实施例中，还可以使用其它向丝溶液施加电场的方法，如电流源、天线、激光以及其它发电机。
在一些实施例中，如本公开中所用的涡旋包括向两亲性多肽溶液施加剪切梯度以诱导溶胶-凝胶转变。
在一些实施例中，可通过使两亲性多肽溶液涡旋形成两亲性多肽凝胶。涡旋是所属领域中已知的(参见例如WO 2011/005381 A2 Kaplan等人,用于封装和递送的涡旋诱导的丝纤蛋白胶凝(Vortex-Induced Silk Fibroin Gelation for Encapsulation andDelivery),2011年1月13日出版，其内容以全文引用的方式并入本文中)。
在一些实施例中，当两亲性多肽是丝时，在向丝纤蛋白溶液施加涡旋处理时，发生丝纤蛋白凝胶的形成。在一些实施例中，方法包含使丝纤蛋白溶液暴露于一种处理，所述处理包含涡旋足够的一段时间以引发胶凝。在一些实施例中，使丝纤蛋白溶液涡旋足以引发丝纤蛋白β片层结构的分子间自组装的时间。在一些实施例中，涡旋技术诱导丝纤蛋白结构和溶液粘弹性特性改变，从而产生剪切梯度并控制丝纤蛋白的涡旋后自组装和动力学。
在一些实施例中，两亲性多肽溶液的声处理诱导溶胶-凝胶转变。
在一些实施例中，可通过对两亲性多肽溶液进行声处理形成两亲性多肽凝胶。声处理是所属领域中已知的(参见例如WO 2008/150861A1Wang等人,使用声处理进行丝纤蛋白胶凝的方法(Method for Silk Fibroin Gelation Using Sonication),2008年12月11日出版，其内容以全文引用的方式并入本文中)。
一般来说，在声处理中，机械振动在溶液中引起气泡形成和破裂，称为气蚀。由于这种气蚀，溶液可能受到极端的局部作用：热(10,000K)、高压(200巴)和高应变速率(107s-1)。(参见Paulusse和Sijbesma,44《聚合物科学杂志：聚合物化学(J.Polym.Sci.-Polym.Chem.)》5445-53(2006)；Kemmere等人,290《高分子材料与工程(Macromol.Mater.Eng.)》302-10(2005)，以上所列的出版物中的每一个的内容以全文引用的方式并入本文中)。在一些实施例中，声处理通过更改丝心蛋白蛋白质链的疏水水合，以机械方式诱导物理β片层交联。
在一些实施例中，当两亲性多肽是丝时，在形成丝时，丝纤蛋白链中所展示的独特疏水嵌段序列特别适合于这种类型的技术，这是因为水在控制链内和链间相互作用方面的关键作用。(参见例如Jin和Kaplan,424《自然》1057-61(2003)，其内容以全文引用的方式并入本文中)。
在一些实施例中，当两亲性多肽是丝时，在丝纤蛋白暴露于如下处理时发生胶凝，所述处理包含超声波处理足够的一段时间以引发胶凝。在一些实施例中，超声波处理快速形成了丝纤蛋白凝胶并且通常在超声波处理后二十四小时之内发生实质性胶凝。虽然不希望受任何理论的束缚，但是若干与声处理有关的物理因素可能影响丝纤蛋白的快速胶凝过程，所述因素包括局部温度增加、机械力/剪切力以及空气-液体界面增加。
在一些实施例中，方法进一步提供对影响胶凝的pH和盐浓度的操作。
在一些实施例中，可通过改变两亲性多肽溶液的pH形成两亲性多肽凝胶。这类技术是所属领域中已知的(参见例如WO 2012/087823 A2 Kaplan等人,pH诱导的丝纤蛋白凝胶和其用途(PH Induced Silk Fibroin Gels and Uses Thereof),2012年6月28日出版，其内容以全文引用的方式并入本文中)。
在一些实施例中，方法包括通过降低两亲性多肽溶液的pH水平制备两亲性多肽凝胶。
在一些实施例中，当两亲性多肽是丝时，通过减小pH来诱导发生丝纤蛋白凝胶的形成。在一些实施例中，减小pH是因为直接pH滴定。在一些实施例中，减小pH是因为间接pH改变。在一些实施例中，减小pH局部地或在整体溶液中引起丝纤蛋白溶液的质子浓度增加。在一些实施例中，通过将丝纤蛋白溶液的局部pH或整体pH减小到酸性pH来形成丝凝胶。在一些实施例中，减小丝纤蛋白溶液的pH的步骤包含用酸将丝纤蛋白溶液滴定到酸性pH。
在一些实施例中，可通过将两亲性多肽溶液暴露于极性溶剂(例如丙酮或乙醇)中形成两亲性多肽凝胶。这类技术是所属领域中已知的(参见例如WO 2010/042798 A2Kaplan等人,含有甘油的改性丝膜(Modified Silk Films Containing Glycerol),2010年4月15日出版，其内容以全文引用的方式并入本文中)。在一些实施例中，方法包括通过浸没在极性溶剂中来制备两亲性多肽凝胶。在一些实施例中，可以通过溶剂处理，如用丙酮、甲醇和/或乙醇处理来获得丝II结构。
在一些实施例中，举例来说，对于许多基于细胞的应用，必须在温和条件下在相对较短的一段时间内(几小时之内)诱导胶凝。然而，在未对天然丝纤蛋白蛋白质进行化学修饰的情况下，除非考虑非生理处理(如低pH、高温、添加剂)，否则丝胶凝时间可能长得难以接受。关于0.6％到15％(w/v)的丝纤蛋白浓度，在室温或37℃下，溶胶-凝胶转变需要几天到几周。(参见例如Kim等人,5《生物大分子》786-92(2004)；Matsumoto等人,110《物理化学杂志B辑》21630-38(2006)，以上所列的出版物中的每一个的内容以全文引用的方式并入本文中)。加入浓度超过生理水平的盐不会显著更改胶凝动力学(Kim等人，2004)。虽然降低pH(pH<5)或提高温度(>60℃)可将胶凝时间缩短到几小时(参见Kim等人,5《生物大分子》786-92(2004)；Motta等人,15《生物材料科学-聚合物版(J.Biomater.Sci.Polymer.Edu.)》851-64(2004)，以上所列的出版物中的每一个的内容以全文引用的方式并入本文中)，但是这些条件可能会更改细胞功能并影响细胞活力。在一些实施例中，可在任何温度下实现溶胶-凝胶转变。在一些实施例中，温度越高导致转变时间越短。在一些实施例中，较低的温度有利于所封装、包含、包括、并入和/或储存的添加剂、试剂和/或功能部分的稳定性。
在一些实施例中，所提供的方法进一步包括将至少一种添加剂、试剂和/或功能部分封装、包含、包括、并入和/或储存在所提供的两亲性多肽材料中。
在一些实施例中，将至少一种添加剂、试剂和/或功能部分封装、包含、包括、并入和/或储存在两亲性多肽溶液中。在一些实施例中，在溶胶-凝胶转变之前，封装、包含、包括、并入和/或储存至少一种添加剂、试剂和/或功能部分。在一些实施例中，在溶胶-凝胶转变过程中，封装、包含、包括、并入和/或储存至少一种添加剂、试剂和/或功能部分。在一些实施例中，在发生实质性胶凝之前，将至少一种添加剂、试剂和/或功能部分封装、包含、包括、并入和/或储存在丝纤蛋白溶液中。在一些实施例中，在已发生实质性胶凝之后，将至少一种添加剂、试剂和/或功能部分封装、包含、包括、并入和/或储存在丝纤蛋白溶液中。在一些实施例中，在溶胶-凝胶转变之后，封装、包含、包括、并入和/或储存至少一种添加剂、试剂和/或功能部分。在一些实施例中，将至少一种添加剂、试剂和/或功能部分封装、包含、包括、并入和/或储存在两亲性多肽凝胶中。
实际上，举例来说，已将人骨髓源性间充质干细胞(human bone marrow derivedmesenchymal stem cell，hMSC)封装在丝凝胶中。已将hMSC成功地封装在各种水凝胶系统中，如聚乙二醇、琼脂糖、胶原蛋白和海藻酸盐，这是因为这些细胞的组织修复或再生和长期药物释放的潜能。(参见例如Nuttelman等人,24《基质生物学(Matrix Biol.)》208-18(2005)；Nuttelman等人,27Biomats.1377-86(2006)；Mauck等人,14《骨关节炎与软骨(Osteoarthr.Cartilage)》179-89(2006)；Lewus和Nauman,11《组织工程学(Tissue Eng.)》1015-22(2005)；Majumdar等人,185《细胞生理学杂志(J.Cell Physiol.)》98-106(2000)；Boison,27《药物科学趋势(Trends Pharmacol.Sci.)》652-58(2006)，以上所列的出版物中的每一个的内容以全文引用的方式并入本文中)。
在一些实施例中，将凝胶注入、插入、放入、倒入、压入和/或转移到模具和/或衬底。
在一些实施例中，模具和/或衬底维持和/或保留两亲性多肽凝胶的确定形状。
在一些实施例中，调整所提供的两亲性多肽材料的结晶度。在一些实施例中，在凝胶制造过程中，通过调节溶胶-凝胶转变先验地调整所提供的两亲性多肽材料的结晶度。在一些实施例中，使用所属领域的技术人员已知的方法调整结晶度，例如加热、用极性溶剂处理等。
在一些实施例中，在所提供的两亲性多肽材料中诱导各向异性。在一些实施例中，在溶胶-凝胶转变过程中诱导各向异性。在一些实施例中，通过施加电场诱导各向异性。
从凝胶形成固体
在一些实施例中，当将两亲性多肽凝胶转变成固体时，形成了所提供的两亲性多肽材料。
在一些实施例中，在两亲性多肽凝胶和/或包括不同两亲性多肽的共混物的凝胶中发生了两亲性多肽分子的自发性自组装。
在一些实施例中，通过将凝胶颗粒融合成多肽材料实现凝胶-固体转变。
在一些实施例中，融合凝胶颗粒包括从凝胶中去除游离水。
在一些实施例中，融合凝胶颗粒包括去除至少一些冻结的结合水。在一些实施例中，方法包含在至少0℃的温度下去除冻结的结合水。
在一些实施例中，通过控制蒸发技术从凝胶中去除游离水。在一些实施例中，通过使两亲性多肽凝胶脱水实现凝胶-固体转变。在一些实施例中，通过任何已知用于减少水分的手段实现脱水。
在一些实施例中，使两亲性多肽脱水引起了固体两亲性多肽材料的自组装。在一些实施例中，自组装通过以下发生：在形成β片层的氨基酸之间形成氢键与尾部的疏水塌缩相组合，产生胶束。
在一些实施例中，通过形成液-液界面使两亲性多肽脱水来实现凝胶-固体转变，其中通过在凝固浴中扩散，通过准静态去除溶剂，两亲性多肽材料形成。
在一些实施例中，脱水和从凝胶形成固体发生在环境条件下。在一些实施例中，脱水需要时间来除水。
在一些实施例中，两亲性多肽凝胶的脱水时间取决于其大小和几何结构。在一些实施例中，凝胶越大导致脱水时间越长。在一些实施例中，具有低暴露表面积的几何结构的凝胶的脱水时间较长。
在一些实施例中，两亲性多肽凝胶的脱水时间取决于浓度。在一些实施例中，举例来说，低浓度和较高的溶剂含量导致较长的脱水时间。
在一些实施例中，可通过改变条件来加速脱水，例如温度、压力、湿度、加入加压气流、增加加压气体的流速等。在一些实施例中，凝胶-固体转变条件保持不变，举例来说，设定好温度并保持在凝胶-固体转变过程中温度不变。在一些实施例中，凝胶-固体转变条件随机地或根据所设定的匀变速率变化。
在一些实施例中，通过使两亲性多肽凝胶在约0℃与约90℃之间的温度下脱水来实现凝胶-固体转变。在一些实施例中，在较高温度下，凝胶-固体转变较快。在一些实施例中，通过使两亲性多肽凝胶在室温下脱水来实现凝胶-固体转变。在一些实施例中，脱水温度是约5℃、约10℃、约15℃、约20℃、约25℃、约30℃、约35℃、约40℃、约45℃、约50℃、约55℃、约60℃、约65℃、约70℃、约75℃、约80℃、约85℃、约90℃或更高。在一些实施例中，在封装、包含、包括、并入和/或储存至少一种作为热不稳定分子的添加剂、试剂和/或功能部分时，温度大约是室温。
在一些实施例中，通过使两亲性多肽凝胶在大气压下脱水来实现凝胶-固体转变。在一些实施例中，通过使两亲性多肽凝胶在超过大气压的压力下脱水来实现凝胶-固体转变。在一些实施例中，在较高压力下，凝胶-固体转变较快。
在一些实施例中，通过使两亲性多肽凝胶在约0％与约70％之间的相对湿度下脱水来实现凝胶-固体转变。在一些实施例中，在较低湿度下，凝胶-固体转变较快。
在一些实施例中，通过将两亲性多肽凝胶暴露于加压气流中使两亲性多肽凝胶脱水来实现凝胶-固体转变。
在一些实施例中，空气是或包含压缩干燥空气。在一些实施例中，气体是或包含氮气、氩气、二氧化碳、压缩干燥空气、氧气、氖气、氦气以及所属领域中已知的其它气体。
在一些实施例中，通过将两亲性多肽凝胶密封于含干燥剂的干燥器中使两亲性多肽脱水来实现凝胶-固体转变。在一些实施例中，干燥剂是在它的附近诱导或维持干燥状态的吸湿物质。
在一些实施例中，干燥剂是或包含氧化铝、铝汞齐、氧化钡、高氯酸钡、硼酐、氯化钙(无水)、氧化钙、硫酸钙(无水)、硫酸铜(II)(无水)、镁汞齐、高氯酸镁(无水)、硫酸镁(无水)、五氧化二磷、钾(金属)、碳酸钾(无水)、硅胶、钠(金属)、氢氧化钠、钠钾合金、硫酸钠(无水)、硫酸(浓)。
从溶液形成固体
在自然界中，举例来说，在蚕腺的后段产生丝纤蛋白水溶液，然后以高达30％(w/v)的浓度储存在中段中并含有高含量的无规卷曲或α螺旋结构。在空气中纤维纺丝过程中，高剪切力和拉伸流诱导自组装和结构转变为β片层结构，促成固体纤维的形成。(参见例如Vollrath和Knight,410《自然》,541-48(2001)，其内容以全文引用的方式并入本文中)。腺体不同区段中金属离子的存在和pH变化影响这种转变。(参见例如Chen等人,3《生物大分子》644-8(2002)；Zhou等人,109《物理化学杂志B辑》16937-45(2005)；Dicko等人,5《生物大分子》704-10(2004)；Terry等人,5《生物大分子》768-72(2004)，以上所列的出版物中的每一个的内容以全文引用的方式并入本文中)。
天然丝纤维的突出的机械特性源自其独特的结构和纺丝过程。在一些实施例中，使用一种全水性仿生工艺来获得两亲性多肽材料。在一些实施例中，通过所提供的方法产生的两亲性多肽材料复制了天然丝纤维的纳米级结构。
在一些实施例中，当将两亲性多肽溶液转变成固体时，形成了所提供的两亲性多肽材料。
在一些实施例中，通过模拟蚕所使用的天然纺丝过程，全绿色水性工艺产生了两亲性材料，如紧凑的结晶丝块状材料。
在一些实施例中，两亲性多肽分子自发性自组装，两亲性多肽分子可包括不同的两亲性多肽的共混物。
在一些实施例中，通过缓慢脱水工艺实现溶液到固体的转变。在一些实施例中，脱水和从溶液形成固体发生在环境条件下。在一些实施例中，脱水需要时间来除水。在一些实施例中，方法包括在至少10℃的温度下脱水。
在一些实施例中，举例来说，控制丝溶液pH在8.0以防止在脱水工艺过程中形成水凝胶。
在一些实施例中，通过控制蒸发技术从凝胶中去除游离水。在一些实施例中，通过使两亲性多肽溶液脱水实现溶液到固体的转变。在一些实施例中，通过任何已知用于减少水分的手段实现脱水。
在一些实施例中，随着从两亲性多肽溶液中抽走水分，形成了两亲性多肽小球。在一些实施例中，两亲性多肽小球的至少一个维度在约5nm与约30nm之间。在一些实施例中，两亲性多肽小球彼此间发生相互作用，以致于它们聚集在一起。
在一些实施例中，两亲性多肽溶液的脱水时间取决于其体积。在一些实施例中，较大的体积或较小的暴露表面积导致较长的脱水时间。在一些实施例中，两亲性多肽凝胶的脱水时间取决于浓度。在一些实施例中，举例来说，低浓度和较高的溶剂含量导致较长的脱水时间。
在一些实施例中，可通过改变条件来加速脱水，例如温度、压力、湿度、加入加压气流、增加加压气体的流速等。在一些实施例中，溶液到固体条件保持不变，举例来说，设定好温度并保持在溶液到固体转变过程中温度不变。在一些实施例中，溶液到固体转变条件随机地或根据所设定的匀变速率变化。
在一些实施例中，通过使两亲性多肽凝胶在约0℃与约90℃之间的温度下脱水实现溶液到固体的转变。在一些实施例中，在较高温度下，溶液到固体的转变较快。在一些实施例中，通过使两亲性多肽凝胶在室温下脱水来实现溶液到固体的转变。在一些实施例中，脱水温度是约5℃、约10℃、约15℃、约20℃、约25℃、约30℃、约35℃、约40℃、约45℃、约50℃、约55℃、约60℃、约65℃、约70℃、约75℃、约80℃、约85℃、约90℃或更高。在一些实施例中，在封装、包含、包括、并入和/或储存至少一种作为热不稳定分子的添加剂、试剂和/或功能部分时，温度大约是室温。
在一些实施例中，通过使两亲性多肽凝胶在大气压下脱水来实现凝胶-固体转变。在一些实施例中，通过使两亲性多肽凝胶在超过大气压的压力下脱水来实现凝胶-固体转变。在一些实施例中，在较高压力下，凝胶-固体转变较快。
在一些实施例中，通过使两亲性多肽凝胶在约0％与约70％之间的相对湿度下脱水来实现凝胶-固体转变。在一些实施例中，在较低湿度下，凝胶-固体转变较快。
在一些实施例中，通过将两亲性多肽凝胶暴露于加压气流中使两亲性多肽凝胶脱水来实现溶液到固体的转变。
在一些实施例中，空气是或包含压缩干燥空气。在一些实施例中，气体是或包含氮气、氩气、二氧化碳、压缩干燥空气、氧气、氖气、氦气以及所属领域中已知的其它气体。
在一些实施例中，通过将两亲性多肽凝胶密封于含干燥剂的干燥器中使两亲性多肽脱水来实现溶液到固体的转变。在一些实施例中，干燥剂是在它的附近诱导或维持干燥状态的吸湿物质。
在一些实施例中，干燥剂是或包含氧化铝、铝汞齐、氧化钡、高氯酸钡、硼酐、氯化钙(无水)、氧化钙、硫酸钙(无水)、硫酸铜(II)(无水)、镁汞齐、高氯酸镁(无水)、硫酸镁(无水)、五氧化二磷、钾(金属)、碳酸钾(无水)、硅胶、钠(金属)、氢氧化钠、钠钾合金、硫酸钠(无水)、硫酸(浓)。
材料
所引入的添加剂影响孔隙度和降解曲线
在一些实施例中，可调整所提供的两亲性多肽材料的孔隙度。在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料的加工包含在材料制造时并入致孔剂的步骤。可通过并入缓慢降解的致孔剂或可溶于极性溶剂中的致孔剂，按与控制丝凝胶的孔隙度相同的方式控制孔隙度。
在一些实施例中，两亲性多肽材料的降解曲线是类似的和/或可基于其它材料的降解曲线并基于其它材料形式的降解曲线预测。在一些实施例中，脂质囊泡加载的蛋白酶(其释放可通过温度触发或调整)将影响降解曲线。在一些实施例中，在溶液形成时，将囊泡并入两亲性多肽材料中。在一些实施例中，调节两亲性多肽片段的分子量也可实现降解曲线的控制。
机械加工性
在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料是可机械加工的。在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料的加工包含机械加工步骤。
在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料的特征在于，相对于其初始体积，机械加工减小了其体积。在一些实施例中，机械加工减小了所提供的两亲性多肽材料的体积，形成了具有确切形状的结构。举例来说，在一些实施例中，在车床上对所提供的两亲性多肽材料进行机械加工。在一些实施例中，当通过车床操作时，车床在进行由以下组成的群组中选出的操作的同时转动在它的轴上的这类材料：切割、打磨、滚花、钻孔、变形、贴边或车削，产生绕转动轴具有对称性的物体。
在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料的加工包含通过使用手持工具而不是机床进行操控的步骤。
在一些实施例中，方法包括在材料形成后更改两亲性多肽材料和/或两亲性多肽材料的表面的步骤。
在一些实施例中，在固体形成之后，通过所属领域的技术人员已知的后处理技术，后验地调整所提供的两亲性多肽材料的结晶度。在一些实施例中，后验技术包括例如加热、浸没在极性溶剂处理中等。
在一些实施例中，使用各向异性来调整所提供的两亲性多肽材料的特性和/或力学。在一些实施例中，使用后处理技术诱导各向异性。在一些实施例中，所提供的方法包括在材料干燥阶段(即溶液到固体的转变)在所提供的两亲性多肽材料中诱导各向异性。在一些实施例中，在所提供的两亲性多肽材料中诱导各向异性通过将凝胶半限制在不透水环境中，引起优先水蒸发来进行。
在一些实施例中，对所提供的两亲性多肽材料进行压花。在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料的加工包含压花步骤。在一些实施例中，对所提供的两亲性多肽材料进行纳米压印。在一些实施例中，所提供的两亲性多肽材料的加工包含纳米压印步骤。在一些实施例中，纳米压印或压花步骤改变了表面特征(例如压印衍射光栅)。在一些实施例中，压印或压花步骤包括形成几纳米到数百毫米之间的结构。
本公开提供了一种前所未有的用于快速制造具有形成大整料能力的两亲性多肽材料的方法，有可能将大分子和生物活性分子储存并稳定在整体构建体中。另外，可以控制材料的各向异性以及材料的结晶度。
于是，蛋白质浓度、几何因素、环境条件以及用于诱导蛋白质脱水的方法就成为了指导分子内或分子间氢键的形成并最终调节所得丝纤蛋白材料的大小和材料特性的关键因素。
在一些实施例中，根据本发明方法制造所提供的两亲性多肽材料，两亲性多肽材料的制造时间不到1周。
范例
以下实例说明本发明的一些实施例和一些方面。相关领域的技术人员将清楚，可在不更改本发明的精神或范围的情况下作出各种修改、增加、替代等等，并且这种修改和变动涵盖在以下权利要求书中所限定的本发明的范围内。以下实例不以任何方式限制本发明。
实例1
本实例描述如本文所提供的丝多肽材料的合成和表征。
材料和方法
在一些实施例中，丝纤蛋白整料的全水制造包括溶液-凝胶-固体转变。图1显示借以形成丝纤蛋白整料的全水工艺。图1在图(a)显示从丝溶液到凝胶再到固体的物理转变。溶液-凝胶-固体转变包含三个步骤，包括：i)使丝纤蛋白在水溶液中再生；ii)通过文献中所报道的方法中的任一种，但优选是通过电凝胶形成或自发性自组装，使丝溶液发生溶胶-凝胶转变；以及ⅲ)通过在T≥0℃下去除游离水和部分冻结结合水，进行凝胶-固体转变(即构成丝凝胶的颗粒融合成丝整料)。
丝纤蛋白再生
使用来自家蚕的茧作为丝心蛋白来源。通过标准脱胶工艺实现丝纤蛋白的提取，标准脱胶工艺包括每升0.02M碳酸钠溶液煮沸(t＝5到60分钟)2.5g短切丝茧。然后将丝纤蛋白在60℃烘箱中在9.3M溴化锂中溶解4小时。随后通过相对于Milli-Q水透析(3.5kDaMWCO)总共72小时去除离液盐，产生8wt％丝纤蛋白溶液。然后通过在4℃的恒定温度下，在两个25分钟长的时间段内，以9000rpm(约12,700g)离心来纯化所得SF溶液。
图1在图(b)显示丝溶液。在溶液状态时，丝的特征在于基本上呈颗粒形式的胶束。在溶液中，丝纤蛋白重链以非晶构型存在，显示没有分子间相互作用并缺乏晶体结构。实际上，这种丝溶液的特征在于静电排斥并且因此，溶液缺乏任何构象稳定性。
溶胶-凝胶转变
丝纤蛋白溶胶-凝胶转变通过文献中已有报道的方法实现。具体来说，从2-18wt％溶液开始，通过以下实现丝纤蛋白水凝胶的形成：电胶凝，降低溶液pH，对丝溶液进行声处理，使丝溶液涡旋，暴露于极性溶剂(例如丙酮或乙醇)，在各种温度(2<T<90℃)下自胶凝。或者，通过以>20wt％的浓度在水中浓缩丝溶液得到丝水凝胶。
图1在图(c)显示从丝溶液到丝凝胶的转变状态。溶胶-凝胶转变的特征在于胶束间相互作用。在溶胶-凝胶转变过程中，丝凝胶的丝纤蛋白重链以螺旋和β片层构型存在，显示出分子间相互作用并且显示出一些分子间交联的迹象。在溶胶-凝胶转变过程中，丝凝胶的特征在于亚稳定确认。
凝胶-固体转变
通过在若干温度(0<T<90℃)下将凝胶(水凝胶(hydrogel/aquagel))暴露于空气(加压或静止或加压，0<RH<70)中来实现凝胶-固体转变。在一些情况下(特别是对于水凝胶来说)，使用由半透膜(3.5kDa MWCO)制成的模具来维持具有确定形状的丝凝胶。
图1在图(d)显示从丝凝胶到固体丝的转变状态。凝胶-固体转变的特征在于形成结晶丝纤蛋白构建体的胶束的融合。在凝胶-溶胶转变过程中，丝纤蛋白重链以β片层构型存在，显示出分子间交联。在凝胶-溶胶转变过程中，硬丝或固体丝的特征在于稳定确认。
材料表征
在形态上，通过扫描电子显微术(SEM)和原子力显微术(AFM)来分析丝纤蛋白整料。在RH＝30％下，通过热重分析(thermogravimetric analysis，TGA)来分析丝心蛋白整料残余水含量(非结合和结合的冻结水)。通过ATR-FTIR、μ拉曼和XRD分析来分析整体结构中的丝纤蛋白构象。通过无侧限压缩试验评估丝纤蛋白的机械特性。
结果和讨论
从凝胶中准静态去除水引起具有确定尺寸、结晶度和机械特性的丝整体块状物的形成。完全基于水的绿色加工不会危害材料的生物相容性。
所有块状物都是半透明的，颜色和琥珀色类似。块状物密度等于1.4Kg/dm3，等于所估算的丝纤蛋白的堆积密度。丝块展现小于20wt％的结合水含量(冻结的和非冻结的)，如从热重分析所测量。此外，丝纤蛋白整料呈现了3D结构的丝膜的所有有利特征。图2显示丝纤蛋白整料的形态表征。图2在图(a)显示丝纤蛋白整料的扫描电子显微镜(SEM)图像。图2在图(b)显示丝纤蛋白整料的原子力显微术(AFM)图像。图2在图(c)显示光滑表面的形成的AFM分析，RMS是几纳米。表面粗糙度是大约几纳米(如根据AFM，RMS＝21nm)，这使得电子元件能够在整料表面上整合。此外，完全基于水的加工允许将不稳定化合物(抗生素、疫苗、生长因子……)并入整料中，这能够在“正常”储存条件之外保留它们的活性，如先前在其它丝形式中所看到的那样(仍然是在实验下)。
图3显示通过电胶凝获得的丝纤蛋白整料的光谱表征。图3在图(a)显示使用μ拉曼分析来监测整料形成过程中的丝纤蛋白构象变化。在电凝胶形成(溶胶-凝胶转变)过程中，非晶丝纤蛋白转化为螺旋蛋白。在丝纤蛋白整料形成(凝胶-固体转变)过程中，丝凝胶通过蛋白质的脱水而转化。固体形成与高度结晶、反向平行β片层结构的形成一致。图3在图(b)显示ATR-FTIR，其中酰胺I峰的中心在1621cm-1处，用于具有高度结晶、反向平行β片层结构的丝纤蛋白整料。极化ATR-FTIR显示丝纤蛋白晶体沿着电胶凝加工过程中所用的电场方向的优先取向。图3在图(c)显示用于显示具有高度结晶、反向平行β片层结构的丝纤蛋白整料的X射线衍射(峰在约8和21 2θ)测量。
图4显示丝纤蛋白整料的机械特性。在机械方面，丝整料展现突出的机械特性(压缩模量＝97.65±15.26MPa，屈服强度＝15.32±4.21MPa)。此外，可在凝胶形成时在材料中诱导各向异性，这可以用于调整这些结构的力学。可在溶胶-凝胶转变过程中通过电场诱导各向异性，或在材料干燥(凝胶-固体转变)时，通过将凝胶半限制在不透水环境中，引起优先水蒸发来诱导各向异性。丝整料是可机械加工的(例如用车床)、可堆肥的，并且可以在凝胶制造过程中先验地(通过调节溶胶-凝胶转变)并且用已开发的后处理技术(例如加热、极性溶剂处理……)后验地调整其结晶度。
实例2
本实例提供两亲性多肽材料并描述了其特性。本实例说明这种两亲性多肽材料可怎样制造和/或机械加工成结构。另外，本实例还描述了，两亲性多肽材料提供功能性丝纤蛋白整料。
本实例中的两亲性多肽材料根据如实例1中所述的溶胶-凝胶-固体转换制备。
结果和讨论
光诱导加热和/或热解
图5在图(a)和图(b)显示整体加载有Au纳米棒(AuNR)并被机械加工成1cm螺钉的丝多肽材料。
将丝多肽螺钉暴露于约1W 850nm光下。在用LED照明时，丝多肽螺钉的AuNR吸收能量。图5在图(c)显示Au-NR的吸收将螺钉加热到了约158℃。
当LED功率增加时，机械元件通过热解燃烧。由所提供的两亲性多肽材料制成的元件，例如可降解的螺钉、螺母、螺栓以及硬件部件在曝光指令下将瓦解。这种功能性材料可被机械加工成多种形式，如机械容器。这类材料的容器可以携带热活化化学品以便远程触发，溶解装置。
热塑性
在加热到约70℃到约80℃的温度之后，如本文所提供的丝多肽材料显示热塑性能。
图6说明丝多肽材料，一种整料。丝纤蛋白整料的大小是约50mm×50mm×5mm。
在室温下凝胶-固体转变过程中，使丝纤蛋白整料表面图案化。通过在约100kPa下在室温下压花使整料图案化。所属领域的技术人员预计多肽材料在约10Pa与约500MPa之间的范围内可有效图案化。也就是说，在结晶之后，材料表面可以通过低压(10Pa<P<500MPa)、低热(25℃<T<170℃)进行塑性改性。
虽然不希望受特定理论的限制，但是可以认为，通过温度和压力的组合使丝纤蛋白表面图案化，使丝纤蛋白材料表面发生了塑性变形。丝纤蛋白材料表面的塑性变形发生在水蒸发时。
图案化结构的大小仅受压花限制。图6在图(a)所示的图案清楚显示了“塔夫茨大学(Tufts University)”。如图6在图(b)所示的最小特征尺寸是大约250nm。
塑性变形随时间和温度稳定。图案化表面可保持稳定超过2个月。图案化表面在-80℃与约220℃之间的温度下保持稳定。
具有这种表面热塑性的两亲性多肽材料有利于防伪、光子材料、细胞指导等。
使丝多肽整料成型为针状。图7说明丝纤蛋白针状物(长度＝60mm)。丝纤蛋白针状物在成型时基本上是直的。
如图7在图(a)所示的是一张照片，显示了针状物的一端，而它的末端被虎钳夹持着。向针状物的相对的并且突出的那端施加200g载荷。图7在图(b)显示针状物的红外热成像术(IRT)图像。图像显示，丝纤蛋白针状物的温度是约18℃到约25℃，即大约是室温。图7在图(a)和图(b)显示200g砝码不引起针状物弯曲。当温度不变施加砝码时，针状物保持基本上直的。
然后用热风枪给针状物加热。图7在图(c)显示针状物在加热下的摄影图像。随着温度增加，针状物似乎有点弯曲。图7在图(d)显示针状物的温度是至少70℃。IRT图像的角度也证实了，针状物从基本上直的变得至少有点弯曲了。
图7在图(c)显示针状物在额外加热下的摄影图像。图7在图(f)显示针状物的温度是至少70℃。针状物明显出现弯曲。IRT图像中针状物的角度证实，针状物从基本上直的变弯曲了。
丝纤蛋白针状物随着温度和压力发生塑性变形。如图7在图(a)和图(b)中所示，只有200g压力时，针状物不变形。虽然本文中未显示数据，但是只有温度时，针状物不变形。
虽然不希望受特定理论限制，但是可以认为，丝纤蛋白材料变形是通过压力和热诱导的塑性变形而发生的。可以认为，在一些实施例中，施加温度和热量引起材料从非晶到结晶的局部构象改变。在通过来自200g砝码的向下压力和热(25℃<T<170℃)的组合部分结晶之后，材料显示出部分热塑性能，因为它的形状(部分)发生了塑性改性。所属领域的技术人员将了解，改变温度和压力可实现材料从非晶到结晶的构象改变和与其相对应的塑性变形。
具有这种整体热塑性的两亲性多肽材料在通过使用聚合物的热塑性能的技术(例如挤出、注射成型)制造时是有利的。
热不稳定分子的保留和释放
图8显示丝纤蛋白整料以及其保留和释放热不稳定分子的能力。图8在图(a)显示四个被机械加工成螺钉的丝纤蛋白整料的摄影图像。图8在图(a)最左边标注“无HRP”，显示被机械加工成螺钉的丝纤蛋白整料，其中没有辣根过氧化物酶(“HRP”)被批量加载到整料中。图8在图(a)左起第二标注“低HRP”，显示0.2U/10mg丝HRP已被批量加载到整料中的被机械加工成螺钉的丝纤蛋白整料。图8在图(a)右起第二标注“中等HRP”，显示1U/10mg丝HRP已被批量加载到整料中的被机械加工成螺钉的丝纤蛋白整料。图8在图(a)最右边标注“高HRP”，显示2U/10mg丝HRP已被批量加载到整料中的被机械加工成螺钉的丝纤蛋白整料。
丝纤蛋白螺钉在室温下放14天。应注意，未封装在丝中的HRP在这些储存条件下贮存不稳定。
HRP因暴露于湿环境中而从螺钉释放。
在释放时，HRP通过与显色底物反应而显现，在这种情况下，显色底物是3,3',5,5'-四甲基联苯胺(TMB)。在暴露于含有TMB的湿环境之后，含有HRP的丝纤蛋白螺钉释放出HRP，产生蓝色。
图8在图(b)显示被机械加工成螺钉并被浸没在含有TMB的溶剂中的丝纤蛋白整料的摄影图像。图像显示T＝0秒时或在浸没同时的螺钉。图8在图(b)左边标注“无HRP”，显示没有HRP被批量加载到整料中的被机械加工成螺钉并被浸没在溶剂中的丝纤蛋白整料，T＝20秒。所浸没的“无HRP”丝纤蛋白螺钉没有显示变成蓝色。
图8在图(b)右边标注“中等HRP”，显示1U/10mg丝HRP已被批量加载到整料中的被机械加工成螺钉并被浸没在溶剂中的丝纤蛋白整料，T＝0秒。图8在图(c)显示被机械加工成螺钉并被浸没在溶剂中的丝纤蛋白整料的摄影图像。图像显示T＝20秒时的螺钉。图8在图(c)左边标注“无HRP”，显示没有HRP被批量加载到整料中的被机械加工成螺钉并被浸没在溶剂中的丝纤蛋白整料，T＝20秒。图8在图(c)右边标注“中等HRP”，显示1U/10mg丝HRP已被批量加载到整料中的被机械加工成螺钉并被浸没在溶剂中的丝纤蛋白整料，T＝20秒。所浸没的“中等HRP”丝纤蛋白螺钉目测显示蓝色迁移到溶液中，指示HRP释放。HRP持续释放48小时的一段时间。
虽然不希望受特定理论限制，但是可以认为，丝纤蛋白材料为HRP提供了抗氧化应激保护，从而保留HRP较长时间。此外，含有HRP的丝纤蛋白材料(或其它不稳定材料)暴露于溶剂具有可预测的降解和释放曲线。
仅举几例，在细胞指导、药物释放、热不稳定化合物的保留以及感测应用中，具有这种保留和释放曲线的两亲性多肽材料在制造时是有利的。
实例3
本实例提供两亲性多肽材料。本实例中的两亲性多肽材料根据如实例1中所述的溶胶-凝胶-固体转换制备。本实例展示这种材料的机械特性。本实例还展示了用HFIP的丝溶液制造的与用水性丝溶液制造的材料(例如整料)的对比。
结果和讨论
压缩模量
图9显示丝纤蛋白材料的压缩模量随分子量而变的分析。模量是表征材料的柔软度或硬度的量度标准。压缩模量是对施加力之后的永久变形的抵抗性。模量等于应力除以应变。应力是压力。应变是厚度改变量与初始厚度的比率。如图9中所示，压缩模量与丝纤蛋白的递增分子量直接相关。分子量在约350kDa与230kDa之间的丝纤蛋白材料具有约9GPa的压缩模量。分子量在约310kDa与150kDa之间的丝纤蛋白材料具有约8GPa的压缩模量。分子量在约220kDa与95kDa之间的丝纤蛋白材料具有约6GPa的压缩模量。分子量在约130kDa与75kDa之间的丝纤蛋白材料具有约2GPa的压缩模量。比较水溶液中从分子量在约220kDa与约95kDa之间的丝纤蛋白配制的丝纤蛋白材料与HFIP中从分子量在约220kDa与约95kDa之间的丝纤蛋白配制的整料。由水溶液制成的丝纤蛋白材料的压缩模量显示为大约是由含有HFIP作为溶剂的溶液制成的丝纤蛋白材料的压缩模量的三倍。
剪切应力
图10显示丝纤蛋白材料的剪切应力随分子量而变的分析。剪切应力是平行于它所在的面作用于材料表面的外力。剪切应力与如上文所阐述的压缩应力呈直角作用于平面内的应力区。剪切应力是倾向于剪切材料的应力。如图10中所示，剪切应力与丝纤蛋白的递增分子量直接相关。分子量在约350kDa与230kDa之间的丝纤蛋白材料具有约120MPa的剪切应力。分子量在约310kDa与150kDa之间的丝纤蛋白材料具有约100MPa的剪切应力。分子量在约220kDa与95kDa之间的丝纤蛋白材料具有约90MPa的剪切应力。分子量在约130kDa与75kDa之间的丝纤蛋白材料具有约80MPa的剪切应力。比较水溶液中从分子量在约220kDa与约95kDa之间的丝纤蛋白配制的丝纤蛋白材料与HFIP中从分子量在约220kDa与约95kDa之间的丝纤蛋白配制的整料。相比于由含有HFIP作为溶剂的溶液制成的丝纤蛋白材料，由水溶液制成的丝纤蛋白材料的剪切应力略高一点，但是类似的。
拉拔强度
图11显示丝纤蛋白材料的拉拔强度随分子量而变的分析。如图11中所示，拉拔强度与丝纤蛋白的递增分子量直接相关。分子量在约350kDa与230kDa之间的丝纤蛋白材料具有约160N的拉拔强度。分子量在约310kDa与150kDa之间的丝纤蛋白材料具有约150N的拉拔强度。分子量在约220kDa与95kDa之间的丝纤蛋白材料具有约130N的拉拔强度。分子量在约130kDa与75kDa之间的丝纤蛋白材料具有约90N的拉拔强度。比较水溶液中从分子量在约220kDa与约95kDa之间的丝纤蛋白配制的丝纤蛋白材料与HFIP中从分子量在约220kDa与约95kDa之间的丝纤蛋白配制的整料。由水溶液制成的丝纤蛋白材料的拉拔强度比由含有HFIP作为溶剂的溶液制成的丝纤蛋白材料的拉拔强度大超过50％。
实例4
本实例描述如本文所提供的丝多肽材料的合成。本实例中的这种丝多肽材料根据溶液到固体转换制备。
材料和方法
制备水性丝溶液：
在一些实施例中，丝纤蛋白整料的全水制造包括溶液到固体的转变。使用我们所建立的方案，略作修改，由家蚕的茧制备丝纤蛋白溶液。(参见D.N.Rockwood,6《自然·实验手册(Nat.Protoc.)》,1612(2011))。首先，通过在0.02MNa2CO3水溶液中煮沸茧碎片去除丝胶，接着在蒸馏水中充分漂洗。然后将脱胶丝干燥过夜并在60℃下在9.3M LiBr中溶解4小时，得到20％(w/v)溶液。通过加入1M LiOH溶液调整LiBr溶液的pH，使得透析后的最终丝溶液的pH是8.0。相对于蒸馏水透析丝/LiBr溶液2天，中间换10次水。使溶液在9,000rpm下离心2×20分钟。通过从已知重量的溶液中蒸发掉水并使用分析天平称量剩余固体来确定丝浓度。
从水性丝溶液制备仿生材料：
所提供的基于丝的全水性再生仿生材料适用于制造矫形装置。所产生的丝材料复制了天然丝纤维的纳米级结构并且所得材料和装置具有极佳的机械特性。此外，所提供的丝材料可机械加工，为制造再吸收矫形装置新家族提供了方法，其中避免了有机溶剂，因此能用生物活性分子功能化，促进骨骼重塑和整合。
天然丝纤维的突出的机械特性源自其独特的结构和纺丝过程。图12显示仿生丝材料的制造工艺和表征的示意性图解。图12的图(a)是家蚕这种蚕所用的天然纺丝过程的示意图。在这个过程中，随着丝分子从丝腺的后部区域移到前部区域，丝纤蛋白(此后称为丝)浓度逐渐增加并且从约12％可控地增加到30％。同时，在外部环境的调节下，如pH、离子浓度、物理剪切和/或拉伸流动，链组装成胶束，接着它们以逐步的方式排列并堆叠在一起，并形成了紧凑的实心结构。为了再生机械特性与天然丝纤维的机械特性类似或超过天然丝纤维的机械特性的丝材料，人们已经做出了很多努力。(参见J.Luo,66《国际生物大分子杂志(Int.J.Biol.Macromol.)》,319(2014)；另外参见M.Sun,22《材料化学杂志(J.Mater.Chem.)》18372(2012)；以及G.Zhou,21《先进材料(Adv.Mater.)》,366(2009))。那些研究的一个共同特征是高度浓缩的丝溶液的纺丝原液，这是形成致密紧凑的实心结构的前提条件。然而，焦点一直主要仅限于产生在微米范围内的一维丝纤维，这大大限制了它们的应用。需要开发更大尺寸的三维丝材料以便能够用它制造具有高机械要求的装置，如矫形装置。
金属，如钛合金和不锈钢，因为其坚固的机械特性并且容易制造和植入，所以能够保持矫形装置的黄金标准，而应力屏蔽、感染、骨骼重塑以及二次手术去除这些限制则将重点关注转向了可降解装置。(参见D.S.Goldberg,6《颅面外科杂志(J.Craniofac.Surg.)》301(1995)；和J.Zhang,72《外伤和急症护理外科杂志(J.Trauma Acute Care Surg.)》,E106(2012)，以上所列的出版物中的每一个的内容以全文引用的方式并入本文中)。由聚-L-乳酸和聚乙醇酸组成的再吸收矫形装置降低了对硬件去除和改善骨骼重塑的要求。然而，因为酸性降解产物，所以这些再吸收装置的降解与炎症性外源机体反应有关。(参见D.Eglin,16《欧洲细胞与材料(European cells&materials)》,80(2008)，其内容以全文引用的方式并入本文中)。因此，仍然需要开发能够克服这些限制的完全可降解的矫形装置。
丝是解决此问题的唯一候选者，这是因为丝的极佳的机械特性和生物相容性以及可调节的可降解性。(参见G.S.Perrone,《自然·通讯(Nat.Commun.)》5(2014)；和C.Vepari,32《聚合物科学进展(Prog.Polym.Sci.)》991(2007)，以上所列的出版物中的每一个的内容以全文引用的方式并入本文中)。受天然纺丝过程的启发，通过一种用于产生具有独特结构和极佳机械特性的大尺寸丝材料的全水性、“绿色”并且可控的策略形成所提供的材料。图12在图(b)显示了用于产生具有独特结构和极佳机械特性的大尺寸丝材料的水性工艺。通过四阶段脱水工艺制备丝坯料。首先通过缓慢脱水工艺获得25-30％的水性丝溶液，匹配蚕腺前部区域中的丝浓度。为了防止在脱水过程中形成水凝胶，将丝溶液的pH控制在8.0。然后将浓缩后的丝溶液加载到模具中，在不形成水凝胶的情况下在10℃下进一步除水，产生固体丝坯料。进一步通过在高温下脱水去除剩余的水。丝坯料的显著特征是其机械加工性。丝坯料可被机械加工成各种类型的矫形装置，如骨螺钉、板和髓内(intramedullary，IM)钉。图12在图(c)显示，丝坯料可被容易地机械加工成其它所期望的形状，如圆筒、三棱柱、星型以及闪光标志。因此，这种新的生物友好的丝仿生材料可适用于制造具有复杂形状和所期望的功能的工程元件。基于使用基于有机溶剂的工艺(1,1,1,3,3,3-六氟-2-丙醇(HFIP))，我们先前证明了丝蛋白作为用于制备颅面修复装置的成型且可机械加工生物材料系统的可行性。(参见G.S.Perrone,《自然·通讯(Nat.Commun.)》5(2014)，其内容以全文引用的方式并入本文中)。相比于基于溶剂的系统，用于产生具有改善的机械特性的矫形装置的水性丝配制品的出现消除了使用有毒有机溶剂的风险。此外，温和的水基工艺有助于加入掺杂剂和生物活性化合物，从而提供额外临床益处，如骨诱导、骨传导以及抗炎特征。
通过扫描电子显微术(SEM)和原子力显微术(AFM)获得对自组装仿生材料的结构的了解。图12在图(d)、图(e)和图(f)显示两种技术的组合展现了一种由大小约15nm到约30nm的丝小球组成的均一且致密的结构，使人想起了天然丝纤维的球状结构。(参见J.Pérez-Rigueiro,40《大分子(Macromolecules)》,5360(2007)，其内容以全文引用的方式并入本文中)。蛛蛛丝显示约10nm各向同性小球，而蚕丝产生了约23nm×16nm的各向异性小球。再生丝材料的另一个独特特征是材料的分层组织。图12在图(e)显示了由数十到数百个纳米大小的聚集体形成的丝纳米小球并且这些聚集体彼此相互作用形成了致密的网状物。如图12的图(f)中所示，所得材料展现由联锁的纳米小球组成的微结构，这也是天然丝纤维中的纳米原纤维的基本结构。这些不同大小的纳米小球负责原纤维之间的不滑动的运动学、限制性剪切，在无整体断裂的情况下，允许可控的局部滑移和能量耗散。(参见C.P.Brown,6《美国化学学会·纳米(ACS Nano)》,1961(2012),，其内容以全文引用的方式并入本文中)。
图12在图(g)显示用于监测丝材料的组装过程中的结构变化的傅里叶变换红外光谱法(FTIR)。酰胺II区中分配给酪氨酸(Tyr)侧链的芳环C-C拉伸的1515cm-1谱带是Tyr微环境的构象改变和亲水性的局部监测。(参见D.34《蛋白质：结构、功能和生物信息学(Proteins：Struct.Funct.Bioinform.)》,303(1999)，其内容以全文引用的方式并入本文中)。在脱水情况下观察到波数减小到1512cm-1，这可能与肽折叠诱导的疏水性更大的微环境有关。(参见A.Barth,74《生物物理学和分子生物学进展(Progress in Biophysicsand Molecular Biology)》,141(2000)，其内容以全文引用的方式并入本文中)。图12在图(g)显示，控制溶液pH和缓慢脱水工艺给了丝心蛋白链足够的时间自组装，并且因此，β片层含量随时间增加。
如图12在图(g，曲线A)所示，丝分子以寡聚体形式存在于浓缩丝溶液中，主要采用无规卷曲结构，类似于纺丝甬道中的丝分子。随着局部蛋白质浓度因进一步脱水增加，触发了蛋白质链之间的晶核化，导致形成了由纳米大小的小球组成的有序纤维/球状中间结构。在水分子继续离开系统的同时，这些中间结构通过氢键形成了网状物并且最后形成了密集填充的固体丝材料。图12在图(g)(曲线B)显示，在10℃下脱水3天并且室温脱水4天之后，在约1632和1697cm-1处出现了吸收带，它们分别指示分子内和分子间β片层结构的形成。(参见X.Hu,39《大分子(Macromolecules)》,6161(2006)，其内容以全文引用的方式并入本文中)。图12在图(g)(曲线C)显示，在45℃下进一步脱水之后，未诱导丝结构发生显著变化。
考虑到与天然丝的高度结构类似性以及天然丝纤维的极好的机械性能，我们设法评定仿生丝材料的机械特性。压缩应力-应变曲线类似于天然骨骼的压缩应力-应变曲线：一个弹性区后接着一个塑性变形阶段。图12在图(h)显示压缩屈服强度是123.6±8.6MPa，并且压缩模量是4.2±0.4GPa(丝)，远优于松质骨的机械容差(分别是2-12MPa和50-500MPa)，并且接近皮质骨的机械容差(分别是100-230MPa和7-30GPa)。值得注意的是，仿生丝材料的机械特性可以通过加入无机填充剂进一步改善。举例来说，当在丝材料中包括20％纳米羟基磷灰石(HAP)(丝/HAP)时，压缩屈服强度和压缩模量分别增加到164.0±5.9MPa和6.4±0.7GPa，HAP是一种天然骨骼组分。图12在图(i)显示仿生丝材料与天然丝材料、骨骼、聚合物、陶瓷以及金属/合金的比强度和比模量的比较。(在自然出版集团允许的情况下加以改编，参见U.G.K.Wegst,14《自然·材料》,23(2015))。在本研究中，黄色椭圆表示丝和丝/HAP材料。图12在图(j)显示根据前述结构迹象，在我们所设计的如本文所提供的仿生制造工艺中丝分子的结构演变。蛋白质分子往往会因为引力和排斥性排除体积效应的作用而进一步形成可逆的簇/聚集体。(参见A.Saluja,358《国际制药学杂志(Int.J.Pharm.)》,1(2008)；A.Stradner,432《自然(Nature)》,492(2004)；E.J.Yearley,106《生物物理杂志(Biophys.J.)》,1763(2014)，以上所列的出版物中的每一个的内容以全文引用的方式并入本文中)。
实例5
本实例描述从如本文所提供的丝多肽材料形成矫形装置。本实例中的这种丝多肽材料根据如实例4中所述的溶液到固体的转换制备。
材料和方法
P24合成
由塔夫茨大学核心设施(core facility)合成BMP-2相关肽P24(SKIPKASSVPTEL-SAISTLYLDDD)。使用Fmoc化学和HBTU活化，在ABI 431肽合成器上制得肽。肽的纯度大于90％。
制备基于丝的坯料用于机械加工：
使6-8％(wt/wt)的丝溶液受到加压气流并且在10℃下缓慢除水，直到丝浓度达到25-30％为止。通过对干燥后剩余固体进行称重来监测溶液的浓度。使用具有可透水膜的矩形模具制备丝坯料用于机械加工。举例来说，给内室尺寸是65mm×28mm×6.5mm的3-12mlSlide-A-Lyzer透析盒(美国赛默飞世尔(Thermo Fisher,USA))加载浓缩丝溶液并将其放到在10℃下有加压气流的冷冻恒温箱中3到4天。水通过多孔可透水膜从盒的两侧蒸发并且得到了固体丝材料。然后将材料在通风橱中放4天，接着在45℃烘箱中再放4天以去除剩余的水。为了产生基于丝的复合材料，首先将二氧化硅(20-200nm，美国西格玛(Sigma,USA))和羟基磷灰石(200nm，美国西格玛)通过声处理分散在水中并与丝纤蛋白溶液混合，获得具有所期望的量的SiO2或HAP的悬浮液。进行如上文所提到的相同的脱水程序，获得丝/SiO2和丝/HAP坯料。为了产生含抗生素的丝材料，将环丙沙星·HCl于水中的悬浮液与26.5％(wt/wt)丝溶液混合成最终5％(wt/wt)的环丙沙星含量。将混合物加载到模具中并在10℃下脱水3天，接着在室温下在通风橱中干燥2周。除了将BMP-2(美国惠氏(Wyeth,USA))和P24溶液分别与浓度为30μg BMP-2/g丝和1.0mg P24/g丝的浓缩丝溶液混合之外，以类似方式获得骨诱导丝材料。
丝矫形装置的机械加工：
使用CNC车床(Trak TRL 1440EX)，将丝坯料机械加工成螺钉和IM钉。关于IM钉，一旦达到所期望的直径，就将钉坯料留在CNC机床上，并将针型尖端放在末端以便插入。关于具有骨螺纹的螺钉，在CNC车床上使用定制单点外部切割机(美国瓦格斯(Vargus,USA))，通过匹配切割机的转速与水平速度，切出螺纹，切出所期望的间距长度(外径约1.8mm，间距＝600μm)。通过使用CNC车床，将螺钉头机械加工成具有圆柱形头。一旦机械加工好，就在钉头或长度之后切断螺钉或IM钉。将金刚石切割机安装到车床上并用它在螺钉头中切出一个狭槽供螺钉插入。关于板，使用CNC铣床(Trak DPM)对矩形丝坯料进行机械加工。使用铣床切出所期望的形状的模具和厚度。一旦板成型并定好大小，就使用90度Ford埋头孔切出圆柱形或锥形螺钉孔。
表征：
通过扫描电子显微术(SEM)和原子力显微术(AFM)表征仿生丝材料和基于丝的矫形装置的形态。用JASCO 6200FTIR光谱仪分析结构。
SEM：关于形态分析，给样品溅涂上铂并用Zeiss Supra 55VP SEM(德国卡尔·蔡司(Cal Zeiss,Germany))成像。使1.5mm丝棒在液氮中断裂并使断裂表面在SEM下成像。
AFM：用敲击模式，在MFP-3D-BIO AFM(美国Asylum Research)上进行AFM。使用尖端半径低于10nm的涂有Cr/Au(5/45)的硅悬臂(k＝2N/m，v约70kHz，美国AsylumResearch)。
ATR-FTIR：使26.5％的SF溶液在液氮中速冻并在FTIR分析之前冷冻干燥以保留初始结构。利用配备有硫酸三甘肽检测器的FT/IR-6200光谱仪(美国佳司科(Jasco,USA))以衰减全反射(attenuated total reflection，ATR)模式收集FTIR谱图。用128次扫描，以2cm-1的分辨率，取4000-400cm-1范围内的测量结果。收集相同条件下的背景谱图并从每个样品的扫描中扣除背景。
机械试验：
所有机械试验都是以干燥状态在环境条件下进行。
压缩试验：将丝坯料机械加工成直径4mm并且高度4mm的圆柱体。使用Instron3366(美国英斯特朗(Instron USA))框架，以5mm/min的十字头速度测量圆柱体的抗压强度和压缩模量。
剪切试验：对直径1.5mm的丝针状物进行双搭接剪切试验。图19在图(a)显示一种固定装置，它由三块相邻的不锈钢板组成，有1.5mm的孔，这些孔对齐以使丝针状物紧密配合。底部固定装置保持固定，而顶部固定装置安装到Instron 3366试验架上并以5mm/min的速率压缩，直到针状物断裂为止(ASTM标准F2502-11)。(参见K.J.Bozic,26《美国手外科杂志(J.Hand Surg.Am.)》,755(2001)，其内容以全文引用的方式并入本文中)。从针状物的最大载荷和横截面面积确定最大剪切应力。
弯曲试验：图18显示，测试宽度7mm、长度29mm并且厚度2mm的丝板的抗弯强度。板是4孔板，孔直径是2mm。将孔放置在距离板末端3.5mm处，与最近的孔间隔4.5mm。中间2个孔间隔13mm。图19在图(b)显示，用黄铜加载辊和支撑辊从不锈钢机械加工出4点弯曲固定装置，在试验过程中允许滚动以避免摩擦力。固定装置具有6mm的加载跨度和中心跨度，其中支撑辊直接放置在2个外部孔之间。底部固定装置保持固定，而顶部固定装置安装到Instron 3366试验架上并以5mm/min的速率压缩，直到断裂或完全压缩到底部固定装置为止。使用ASTM标准F2502-11中所述的方法，从载荷与载荷-点位移曲线确定抗弯刚度、弯曲结构刚度以及抗弯强度。
使用方程式(1)确定弯曲模量：
(1)
(参见F.Mujika,25《聚合物试验(Polym.Test.)》,214(2006))。
其中：
E4p＝4点弯曲模量(MPa)
M4p＝4点抗弯刚度(N/mm)
L0＝支撑辊之间的长度(mm)
t＝板厚度(mm)
w＝板宽度(mm)。
抑制试验和抗生素释放的体外区：
通过使用Kirby-Bauer敏感性试验估计加载有环丙沙星的丝矫形装置的体外抗菌作用。简单来说，将50μl的O.D.为0.8-1.0的金黄色葡萄球菌(ATCC 25923)过夜培养物涂铺在胰蛋白酶大豆琼脂板上。24小时后，使用image J软件测量抑制区。将含环丙沙星的丝针状物(直径1.5mm并且长度3-4mm)放置在板上并在37℃下孵育过夜，让细菌生长。通过在37℃下将加载有药物的丝针状物浸没在达尔伯克氏PBS(0.2mL)中确定环丙沙星释放。在合适的时间点，去除缓冲液并用新鲜缓冲液替换。使用直接抑制区分析确定释放量。通过比较菌苔清除区与通过已知抗生素浓度的标准物产生的清除区来定量活性抗生素。
人间叶干细胞(hMSC)分离和扩增：
从来自年龄25岁、健康的不吸烟男子的器官的总骨髓穿刺液中分离hMSC(美国龙沙(Lonza,USA))。将所有骨髓在扩增培养基中稀释，以200,000个细胞/cm2的密度涂铺在175cm2烧瓶(美国康宁(Corning,USA))中，并在37℃下在含5％CO2的含湿气环境中培养。扩增培养基由杜尔贝科氏改性伊格尔培养基(Dulbecco's modified eagle medium，DMEM)、10％胎牛血清(fetal bovine serum，FBS)、1％非必需氨基酸、1ng/ml bFGF以及1％抗生素/抗霉菌素(美国纽约州赛默飞世尔科技公司(ThermoFisher Scientific,NY,USA))组成。每个烧瓶所含最终体积是35ml，每天摇晃烧瓶以使造血细胞保持在悬浮液中并使基质细胞粘附到烧瓶上。使粘附细胞达到80％汇合度，之后使其胰蛋白酶化，悬浮于含有10％二甲亚砜(dimethyl sulfoxide，DMSO)的FBS中并储存在液氮中。使用第二代细胞进行实验。
BMP-2染色：
将并入丝棒中的BMP-2在室温下在10％山羊血清中孵育1小时以阻断非特异性蛋白质-蛋白质相互作用。然后将棒与抗BMP-2抗体(1×)一起在4℃下培育过夜。将样品用PBS洗涤三次并且在室温下在1/200稀释的Alexa Fluor 488山羊抗兔IgG中孵育1小时。然后将样品用PBS洗涤三次并用Keyence BZ-X710荧光显微镜(美国基恩士(Keyence,USA))成像。
从丝棒释放的BMP-2的生物活性
将hMSC以1×104个细胞/孔的密度接种在含有并入了BMP-2的丝棒的24孔板中并维持在成骨培养基(DMEM，10％FBS、100nM地塞米松(dexamethasone)、10mMβ-磷酸甘油、0.05mM抗坏血酸、1％NEAA、1％抗生素/抗霉菌素)中。将在生长培养基(DMEM，10％FBS、1％NEAA、1％抗生素/抗霉菌素)和成骨培养基中生长的细胞用作对照。4周后，针对碱性磷酸酶(alkaline phosphatase，ALP)和羟基磷灰石形成，给细胞染色。使用BCIP/NBT(美国西格玛)作为底物检测ALP。使用OsteoImage矿化分析试剂盒(美国龙沙)根据制造商的说明书给羟基磷灰石沉积物染色。然后在Keyence BZ X710荧光显微镜(美国基恩士)下观察样品。
通过并入有BMP2/P24的螺钉诱导的hMSC的成骨分化：
如先前所述制备孔径400-500μm的丝海绵状物。(参见D.N.Rockwood,6《自然·实验手册(Nat.Protoc.)》,1612(2011))。通过皮肤冲孔从海绵状物中切出管状丝海绵状物(内径2mm，外径4mm，高度4mm)。然后将经过环氧乙烷灭菌的BMP-2和P24加载的丝螺钉插入到管状海绵状物中并在海绵状物中接种一百万个hMSC。然后将构建体在成骨培养基中维持6周。为了暴露出螺钉和海绵状物的界面，将所收集到的构建体沿着纵轴切成两半。然后用OsteoImage给样品染色并在Keyence BZ-X710荧光显微镜下进行观察。
实例6
本实例也提供丝多肽材料并描述其特性。本实例说明这种丝多肽材料可怎样制造和/或机械加工成结构。另外，本实例还描述了，丝多肽材料提供功能性丝纤蛋白整料。本实例中的两亲性多肽材料根据如实例4中所述的溶液到固体的转换制备。
结果和讨论
两亲性多肽材料：矫形装置
为了满足矫形装置的形态和结构要求，我们研究了通过仿生水性工艺产生的再生丝材料的机械加工性。图13显示从丝坯料成功地机械加工的丝螺钉、针状物和板。
图13在图(a)显示，所得丝螺钉(大径约1.8mm)呈现带光泽表面，无任何缺陷，并且更重要的是，显示具有尖锐边缘的独特螺纹。图13在图(b)显示在低放大倍率下具有相对均匀的外观的螺纹。SEM图像展现了精制特征，它显示螺纹深度均一(约100μm)，螺距600μm。
图17显示在高放大倍率下的较为粗糙的表面。此外，螺纹在低放大倍率(几百微米标尺)下展现相对均匀的外观，而在几微米标尺的高放大倍率下是较为粗糙的表面。几微米标尺下的高粗糙度曲线应该能改善早期固定和长期稳定性，这是因为植入物之间的机械联锁和骨向内生长。(参见M.M.Shalabi,85《牙科研究杂志(J.Dent.Res.)》,496(2006)，其内容以全文引用的方式并入本文中)。此外，这种粗糙的形态特征(topographic feature)对针对矫形外科植入物的生物反应起决定作用。(参见M.Jager,《生物医学与生物技术杂志(J.Biomed.Biotechnol.)》(2007)，其内容以全文引用的方式并入本文中)。骨骼固定装置还明显地感受到了剪切力。使用直径1.5mm的丝针状物而不是螺钉来确定最大剪切应力。图13在图(g)显示丝针状物达到了约80.2±8.5MPa的最大剪切应力，这与基于溶剂的系统的最大剪切应力(约90MPa)类似。(参见G.S.Perrone,《自然·通讯(Nat.Commun.)》5(2014)，其内容以全文引用的方式并入本文中)。这些值也与当前的再吸收系统类似，当前的再吸收系统具有100-185MPa的剪切力。(参见N.Ashammakhi,17《材料科学杂志：医学材料(J.Mater.Sci.Mater.Med.)》1275(2006)；和S.Leinonen,13《颅面外科杂志(J.Craniofac.Surg.)》212(2002)，其中的每一个的内容以全文引用的方式并入本文中)。图13在图(h)显示，通过4点弯曲试验测量丝板的机械特性。水性板的力学相比于基于溶剂的板显著改善。通过四点弯曲试验，使用长度29mm并且厚度2mm的四孔板测量丝板的机械特性。水性板的力学(抗弯刚度206.3±13.8N/mm，结构刚度18574.4±1242.8N/mm2，抗弯强度469.6±92.8N·mm，以及弯曲模量2.7±0.2GPa)相对于基于溶剂的板的力学(抗弯刚度162.8±23.0N/mm，结构刚度11621.7±2608.7N/mm2，抗弯强度389.6±56.4N·mm，以及弯曲模量1.7±0.3GPa)显著改善。
丝纳米小球的紧密包装适用于确定再生丝材料的机械特性和机械加工性。来自快速脱水工艺的丝坯料不可机械加工，这可能是因为通过甲醇处理，β片层结构的纤维/小球形成较快，并且所得结构填充得较为稀松。
为了证明仿生丝材料的通用性，制备若干功能化丝矫形装置。水基工艺的一个主要吸引力在于发展骨诱导矫形装置。关于用各种生物活性化合物使各种丝形式官能化的能力，已经报道进行了大量的工作。(参见A.B.Li,219《控制释放杂志(J.ControlledRelease)》,416(2015)，其内容以全文引用的方式并入本文中)。通过并入骨形态生成蛋白2(bone morphogenetic protein 2，BMP-2)或P24肽，用骨诱导因素使丝矫形装置功能化。P24是对应于BMP-2的指关节表位的残基的合成BMP-2相关肽，它可以调节骨髓基质细胞的粘附和分化并诱导异位骨生成。图20显示，BMP-2的免疫染色证明在丝针状物中均一并入了BMP-2，并且通过改善的ALP活性和钙化验证了所释放的BMP-2的生物活性。
为了模拟螺钉-骨骼界面，创建体外细胞培养系统，并且在细胞培养6周之后，用OsteoImage对羟基磷灰石形成进行染色。图14的图(e)到图14的图(j)显示，在并入了BMP-2和P24的丝螺钉组中，在螺钉/海绵状物界面处和海绵状物内部检测到了阳性OsteoImage染色。相比之下，图14的图(b)到图14的图(d)显示在无BMP-2或P24的成骨对照中，仅在丝海绵状物的周边发生矿化。值得注意的是，矿化组织的沉积遵循螺钉的轮廓并且在存在BMP2的情况下直接在螺钉表面观察到，这可以暗示，在体内移植时，螺钉与骨组织的良好骨整合。当前的金属和再吸收矫形外科固定系统都不提供成骨功能。用于稳定和控制骨诱导化合物从丝中的释放的能力可以调节局部微环境的浓度，避免异位骨骼并发症并视需要优化持久的功能特征。这种控制提供一种独特的优势，不仅是生物可降解和再吸收的，而且实际上仅局部促进和诱导了骨骼生长和重塑。
水基仿生工艺的另一个优势在于给系统增加了抗菌功能。在生物可降解矫形外科植入物内并入抗生素提供了无需显著系统暴露即可实现生物材料相关感染的局部抗菌预防的方法。这是矫形外科修复的主要需求。(参见T.J.36《骨骼(Bone)》,292(2005)，其内容以全文引用的方式并入本文中)。为此目的，制备含有环丙沙星的丝装置。在本研究中选择环丙沙星是因为它具有广谱活性，包括大部分引起骨髓炎的病原体，如金黄色葡萄球菌。图14在图(l)显示，通过抑制区分析证明了丝/环丙沙星针状物的抗菌作用，并且在放置在金黄色葡萄球菌菌苔上的含环丙沙星的丝棒的周围形成了一个清楚的、没有细菌生长的区域。为了建造丝的潜在体内蛋白水解降解的模型，在PBS中以及在存在蛋白酶IXV的情况下实施释放研究。图14在图(m)显示，环丙沙星的连续释放持续了至少36天，表明敏感性治疗剂的生物活性在温和的水性加工制造工艺过程中得以保留。丝对抗生素活性的稳定作用与先前关于抗生素在各种形式的丝材料内的稳定化的发现一致。(参见E.M.Pritchard,23《先进功能材料(Adv.Funct.Mater.)》854(2013)；和J.Zhang,109《美国国家科学院院刊(Proc.Natl.Acad.Sci.USA)》,11981(2012)，其中的每一个的内容以全文引用的方式并入本文中)。此外，环丙沙星释放在蛋白酶溶液中明显比在PBS中更快，这表明可以通过丝降解调整释放曲线。
先前通过加入无机填充剂产生复合螺钉，无机填充剂例如HAP和β-磷酸三钙，这是因为证实它们有骨传导性。(参见M.Johnston,27《关节镜检查(Arthroscopy)》,1671(2011)；和Arthrex Research and Development,用于ACL和PCL重构的Arthrex生物复合干涉螺钉(Arthrex BioComposite Interference Screws for ACL and PCLReconstruction)(2010)，其中的每一个的内容以全文引用的方式并入本文中)。研究显示，含二氧化硅的材料，如二氧化硅纳米颗粒，可刺激构建骨骼的成骨细胞的分化和活性，但体外抑制骨骼再吸收破骨细胞。(参见L.Macarini,113《放射医学(La radiologia medica)》,1185(2008)，其内容以全文引用的方式并入本文中)。图14在图(n)、图(o)、图(q)和图(r)显示丝坯料中所并入的HAP和二氧化硅纳米颗粒，并且复合坯料是变成矫形装置的所得复合坯料。复合材料显示出与单独的丝类似的机械加工性。举例来说，丝/HAP和丝/SiO2生物复合螺钉在机械加工之后显示光滑表面加工。图14在图(q)和图(s)显示，FTIR分析揭示了HAP和二氧化硅纳米颗粒在螺钉中的存在。
我们已经证明了通过全水性仿生工艺产生可机械加工的丝材料的可行性。我们集中针对丝溶液的脱水和丝分子的组装，从而产生紧凑的结晶结构，作为一种用于产生高度致密、有组织的构建块的途径，从所述构建块可以机械方式产生坚固的基于丝的矫形装置。温和的全水性工艺通过将丝与其它生物分子(例如抗生素、生长因子、细胞因子)组合提供了广泛范围的机会，从而为功能化矫形装置提供了有用的方法。
其它实施例和等同物
虽然本公开中已明确地讨论了本公开的某些特定实施例和实例，但是所属领域的技术人员应了解，本发明并不打算限于这些实施例或实例。相反地，如所属领域的技术人员应了解，本公开涵盖这些特定实施例和/或实例的各种替代方案、修改和等同物。
因此，举例来说，除非明确规定或上下文明确要求(例如否则就不可操作)，否则方法和图表不应该理解为限于步骤或要素的具体描述的顺序或安排。此外，可在一些实施例中将可在不同实施例中举例说明的特定要素的不同特征彼此组合。

Claims (103)

1.一种材料，包含：
至少一种两亲性多肽，其特征在于采用β片层二级结构形式和球状结构形式中的至少一个的能力，
其中所述材料的特征在于以下中的一个或多个：
至少约40％的β片层含量；
小于约50wt％的结合水含量；
存在多个所述球状结构，每个球状结构的至少一个维度在约5nm与约250nm之间，其中单独的小球结构能够相互聚集；以及
其组合；
其中所述材料被安排和构建成使得当将生物活性分子或大分子封装在所述材料内时，其结构和其生物活性中的一个或两个不会因为其封装而显著地降解、减少和/或受到抑制。
2.根据权利要求1所述的材料，其中所述生物活性分子或大分子包含选自由以下组成的群组的成员：抗体、生长因子、激素、核酸、肽、蛋白质或疫苗。
3.根据权利要求1或2所述的材料，其中所述材料基本上不含六氟异丙醇。
4.根据前述权利要求中任一项所述的材料，其中所述两亲性多肽是至少两种两亲性多肽的共混物。
5.根据前述权利要求中任一项所述的材料，其中所述材料的特征为物理坚固性足够承受机械操作，因此在机械加工时，所述材料采用并保持所期望的形状。
6.根据权利要求5所述的材料，其中机械操作包括手持工具和/或机床的使用或应用。
7.根据前述权利要求中任一项所述的材料，其中所述两亲性多肽是丝纤蛋白。
8.根据权利要求7所述的材料，其特征在于在约1.1kg/dm3与约1.4kg/dm3之间的堆积密度。
9.根据前述权利要求中任一项所述的材料，其中所述材料的特征在于基本上等于所述两亲性多肽的密度的堆积密度。
10.根据前述权利要求中任一项所述的材料，其中所述材料是半透明的。
11.根据前述权利要求中任一项所述的材料，其中所述材料的颜色是琥珀色。
12.根据前述权利要求中任一项所述的材料，进一步包含试剂、添加剂和/或功能部分。
13.根据权利要求12所述的材料，其中所述材料的特征在于以所述试剂、添加剂和/或功能部分随时间释放的方式降解。
14.根据权利要求12所述的材料，其中所述试剂、添加剂和/或功能部分是致孔剂。
15.根据权利要求12所述的材料，其中所述试剂、添加剂和/或功能部分具有生物活性。
16.根据权利要求12所述的材料，其中所述试剂、添加剂和/或功能部分改变所述材料的颜色。
17.根据权利要求16所述的材料，其中所述试剂、添加剂和/或功能部分是颜料。
18.根据权利要求12所述的材料，其中所述试剂、添加剂和/或功能部分更改所述材料的不透明度。
19.根据权利要求12所述的材料，其中所述试剂、添加剂和/或功能部分更改所述材料的半透明度。
20.根据权利要求12所述的材料，其中所述试剂、添加剂和/或功能部分是储存在所述材料中的不稳定化合物。
21.根据权利要求12所述的材料，其中所述试剂、添加剂和/或功能部分是治疗剂。
22.根据权利要求12所述的材料，其中在所述材料中存在所述试剂、添加剂和/或功能部分，因此当所述材料分解、降解、变性和/或分层时，从所述材料中释放出所述试剂、添加剂和/或功能部分。
23.根据前述权利要求中任一项所述的材料，其中所述材料的特征在于各向异性。
24.根据前述权利要求中任一项所述的材料，其中所述材料的特征在于均方根表面粗糙度小于约30nm。
25.根据权利要求24所述的材料，其中所述材料的特征在于所述材料的表面支撑电子元件的集成。
26.根据权利要求12所述的材料，其中所述材料的特征在于在通过电胶凝形成所述材料时的优先丝纤蛋白晶体取向。
27.根据权利要求26所述的材料，其中所述优先丝纤蛋白晶体取向是沿着电胶凝期间所施加的电场的方向。
28.根据前述权利要求中任一项所述的材料，其中所述材料的特征在于大于约60MPa的压缩模量。
29.根据前述权利要求中任一项所述的材料，其中所述材料的特征在于大于约10MPa的屈服强度。
30.根据前述权利要求中任一项所述的材料，其中所述材料的特征在于在约100Pa与约5000kPa之间的范围内的弹性模量。
31.根据前述权利要求中任一项所述的材料，其中所述材料的特征在于在约500Pa与约1GPa之间的范围内的压缩模量。
32.根据前述权利要求中任一项所述的材料，其中所述材料的特征在于对约500N的外加拉拔力所造成的破坏的抵抗性。
33.根据前述权利要求中任一项所述的材料，其中所述材料的特征在于高达约100MPa的剪切应力。
34.根据权利要求30所述的材料，其中试剂、添加剂和/或功能部分增加所述材料的弹性模量。
35.根据权利要求31所述的材料，其中试剂、添加剂和/或功能部分增加所述材料的抗拉强度。
36.根据权利要求32所述的材料，其中试剂、添加剂和/或功能部分增加所述材料的弯曲刚度。
37.根据权利要求33所述的材料，其中试剂、添加剂和/或功能部分增加所述材料的抗剪刚度。
38.一种用于制造材料的方法，所述方法包含以下步骤：
提供包含两亲性多肽的水溶液；
使所述水溶液保形地变成凝胶；以及
诱导所述凝胶转变形成固体，
其中所述诱导步骤包含从所述凝胶中去除水、在至少0℃的温度下冻结所述凝胶中的结合水、或其组合，
其中所述两亲性多肽的特征在于采用β片层二级结构形式的能力，
其中所述材料的特征在于以下中的一个或多个：
至少约55％的β片层含量；
小于约50wt％的结合水含量；以及
其组合，
其中所述材料被安排和构建成使得当将生物活性分子或大分子封装在所述材料内时，其结构和其生物活性中的一个或两个不会因为其封装而显著地降解、减少和/或受到抑制。
39.根据权利要求38所述的方法，其中所述两亲性多肽是丝纤蛋白并且提供所述水溶液的所述步骤包含产生丝纤蛋白水溶液。
40.根据权利要求38或39所述的方法，其中产生所述丝纤蛋白水溶液的所述步骤包含：
使丝脱胶形成丝纤蛋白；
在离液盐中溶解所述丝纤蛋白；以及
相对于水透析所述丝纤蛋白溶液。
41.根据权利要求38到40中任一项所述的方法，提供所述多肽溶液的所述步骤，其中所述多肽溶液的特征在于非晶构象。
42.根据权利要求38到41中任一项所述的方法，使所述溶液保形地变成所述凝胶的所述步骤，其中所述凝胶的特征在于螺旋结构和β片层结构，
其中所述凝胶的特征还在于存在分子间相互作用和分子间交联，并且
其中所述凝胶的特征还在于胶束间相互作用。
43.根据权利要求38到43中任一项所述的方法，其中丝溶液基本上不含除水以外的溶剂。
44.根据权利要求38到44中任一项所述的方法，提供所述多肽溶液的所述步骤进一步包含并入添加剂、试剂和/或功能部分。
45.根据权利要求44所述的方法，并入添加剂、试剂和/或功能部分的所述步骤，其中所述添加剂或试剂是治疗剂。
46.根据权利要求44所述的方法，并入添加剂、试剂和/或功能部分的所述步骤，其中所述添加剂或试剂是致孔剂。
47.根据权利要求44所述的方法，并入添加剂、试剂和/或功能部分的所述步骤，其中所述添加剂或试剂是生物活性化合物。
48.根据权利要求38到47中任一项所述的方法，其中所述溶液包含约0.1％(w/v)到约99％(w/v)的所述添加剂或试剂。
49.根据权利要求38到48中任一项所述的方法，其中使所述溶液保形地变成所述凝胶的所述步骤包含使所述溶液电胶凝。
50.根据权利要求38到49中任一项所述的方法，其中使所述溶液保形地变成所述凝胶的所述步骤包含使所述溶液自发地自胶凝。
51.根据权利要求38到50中任一项所述的方法，其中使所述溶液保形地变成所述凝胶的所述步骤包含减小溶液pH。
52.根据权利要求38到51中任一项所述的方法，其中使所述溶液保形地变成所述凝胶的所述步骤包含声处理所述溶液。
53.根据权利要求38到52中任一项所述的方法，其中使所述溶液保形地变成所述凝胶的所述步骤包含涡旋所述溶液。
54.根据权利要求38到53中任一项所述的方法，其中使所述溶液保形地变成所述凝胶的所述步骤包含使所述溶液暴露于极性溶剂中。
55.根据权利要求54所述的方法，使所述溶液暴露于极性溶剂中的所述步骤，其中所述极性溶剂包含甲醇、乙醇、丙酮或其组合。
56.根据权利要求50所述的方法，使所述溶液自发地自胶凝的所述步骤，其中所述自胶凝温度在约2℃与约90℃之间。
57.根据权利要求38到56中任一项所述的方法，其中使所述溶液保形地变成所述凝胶的所述步骤包含按大于20wt％的浓度浓缩水中的所述丝溶液。
58.根据权利要求38到57中任一项所述的方法，使所述溶液保形地变成所述凝胶的所述步骤进一步包含施加电场以诱导各向异性。
59.根据权利要求38到58中任一项所述的方法，使所述溶液保形地变成所述凝胶的所述步骤进一步包含将所述凝胶半限制在不透水环境中来增强水蒸发并诱导各向异性。
60.根据权利要求38到59中任一项所述的方法，从所述凝胶中去除水的所述步骤包含使所述凝胶暴露于气体中。
61.根据权利要求60所述的方法，其中所述气体是加压气体或静止气体。
62.根据权利要求61所述的方法，其中气体温度在约0℃与约90℃之间。
63.根据权利要求38到62中任一项所述的方法，诱导所述凝胶转变形成固体的所述步骤进一步包含将所述材料加工成所期望的形状。
64.根据权利要求38到63中任一项所述的方法，将所述材料加工成所期望的形状的所述步骤包含在将所述凝胶限制在模具中的同时从所述凝胶中去除水或在至少0℃的温度下冻结结合水或其组合。
65.根据权利要求60所述的方法，诱导所述凝胶转变形成固体的所述步骤进一步包含调整所述材料的结晶度。
66.根据权利要求62所述的方法，调整结晶度的所述步骤包含选择性调节残余水的量、已冻结的结合水的量或其组合。
67.根据权利要求62所述的方法，调整结晶度的所述步骤包含加热所述材料、用极性溶剂处理所述材料或其组合。
68.根据权利要求63所述的方法，将所述材料加工成所述所期望的形状的所述步骤包含机械加工、车削、轧制、滚丝、钻孔、研磨、打磨、冲压、模切、冲裁、拉削或其组合。
69.根据权利要求44所述的方法，进一步包含将所述试剂、添加剂和/或功能部分维持在这样的条件下，使得在所述材料降解、变性、分解和/或分层时递送所述试剂、添加剂和/或功能部分。
70.一种用于制造材料的方法，所述方法包含以下步骤：
提供包含两亲性多肽的水溶液，其中所述溶液的特征为具有约中性pH；
诱导所述水溶液转变形成固体，
其中所述诱导步骤包含在至少0℃的温度下从所述溶液中去除水，
其中所述两亲性多肽的特征在于采用球状结构形式的能力，
其中所述材料的特征在于以下中的一个或多个：
小于约50wt％的结合水含量；
存在多个所述球状结构，每个球状结构的至少一个维度在约5nm与约30nm之间，其中单独的小球结构能够相互聚集；以及
其组合；
其中所述材料被安排和构建成使得当将生物活性分子或大分子封装在所述材料内时，其结构和其生物活性中的一个或两个不会因为其封装而显著地降解、减少和/或受到抑制。
71.根据权利要求70所述的方法，其中所述诱导步骤包含：
使所述两亲性多肽溶液脱水形成25-30％溶液，
控制所述溶液的pH，使得pH为约8；
将所述溶液加载到模具中；
在至少约0℃的温度下从所述溶液中去除水，形成固体；以及
在约30℃到约60℃的温度下从所述固体中去除残余水。
72.根据权利要求70或71所述的方法，其中所述两亲性多肽是丝纤蛋白并且提供所述水溶液的所述步骤包含产生丝纤蛋白水溶液。
73.根据权利要求72所述的方法，其中产生所述丝纤蛋白水溶液的所述步骤包含：
使丝脱胶形成丝纤蛋白；
在离液盐中溶解所述丝纤蛋白；以及
相对于水透析所述丝纤蛋白溶液。
74.根据权利要求70到73中任一项所述的方法，提供所述多肽溶液的所述步骤，其中所述多肽溶液的特征在于非晶构象。
75.根据权利要求70到74中任一项所述的方法，其中丝溶液基本上不含除水以外的溶剂。
76.根据权利要求70到75中任一项所述的方法，提供所述多肽溶液的所述步骤进一步包含并入添加剂、试剂和/或功能部分。
77.根据权利要求76所述的方法，并入添加剂、试剂和/或功能部分的所述步骤，其中所述添加剂或试剂是治疗剂。
78.根据权利要求76所述的方法，并入添加剂、试剂和/或功能部分的所述步骤，其中所述添加剂或试剂是致孔剂。
79.根据权利要求76所述的方法，并入添加剂、试剂和/或功能部分的所述步骤，其中所述添加剂或试剂是生物活性化合物。
80.根据权利要求70到79中任一项所述的方法，其中所述溶液包含约0.1％(w/v)到约99％(w/v)的所述添加剂或试剂。
81.根据权利要求60所述的方法，其中所述气体是加压气体或静止气体。
82.根据权利要求81所述的方法，其中气体温度在约0℃与约90℃之间。
83.根据权利要求70到82中任一项所述的方法，诱导所述水溶液转变形成所述固体的所述步骤，进一步包含将所述材料加工成所期望的形状。
84.根据权利要求83所述的方法，将所述材料加工成所述所期望的形状的所述步骤包含将所述溶液限制在模具中。
85.根据权利要求70到83中任一项所述的方法，其中所述诱导步骤进一步包含调整所述材料的结晶度。
86.根据权利要求85所述的方法，其中调整结晶度的所述步骤包含选择性调节所述材料中的残余水的量。
87.根据权利要求85所述的方法，调整结晶度的所述步骤包含加热所述材料、用极性溶剂处理所述材料或其组合。
88.根据权利要求70到87中任一项所述的方法，进一步包含以下步骤：机械加工、车削、轧制、滚丝、钻孔、研磨、打磨、冲压、模切、冲裁、拉削或其组合。
89.根据权利要求76所述的方法，进一步包含将所述试剂、添加剂和/或功能部分维持在这样的条件下，使得在所述材料降解、变性、分解和/或分层时递送所述试剂、添加剂和/或功能部分。
90.一种材料，通过包含以下步骤的方法制备：
提供包含两亲性多肽的水溶液；
使所述水溶液保形地变成凝胶；以及
诱导所述凝胶转变形成固体，
其中所述诱导步骤包含从所述凝胶中去除水、在至少0℃的温度下冻结所述凝胶中的结合水、或其组合，
其中所述两亲性多肽的特征在于采用β片层二级结构形式的能力，
其中所述材料的特征在于以下中的一个或多个：
至少约55％的β片层含量；
小于约50wt％的结合水含量；或
其组合，
其中所述材料被安排和构建成使得当将生物活性分子或大分子封装在所述材料内时，其结构和其生物活性中的一个或两个不会因为其封装而显著地降解、减少和/或受到抑制。
91.根据权利要求90所述的材料，其特征在于约1.4kg/dm3的密度。
92.根据权利要求90或91所述的材料，其特征在于至少约60％的β片层含量。
93.根据权利要求90到92中任一项所述的材料，其特征在于小于约20wt％的结合水含量。
94.一种材料，通过包含以下步骤的方法制备：
提供包含两亲性多肽的水溶液，其中所述溶液的特征为具有约中性pH；
诱导所述水溶液转变形成固体，
其中所述诱导步骤包含在至少0℃的温度下从所述溶液中去除水，
其中所述两亲性多肽的特征在于采用球状结构形式的能力，
其中所述材料的特征在于以下中的一个或多个：
小于约50wt％的结合水含量；或
存在多个所述球状结构，每个球状结构的至少一个维度在约5nm与约30nm之间，其中单独的小球结构能够相互聚集；以及
其组合，
其中所述材料被安排和构建成使得当将生物活性分子或大分子封装在所述材料内时，其结构和其生物活性中的一个或两个不会因为其封装而显著地降解、减少和/或受到抑制。
95.一种制品，包含根据权利要求1所述的材料。
96.根据权利要求95所述的制品，通过对材料进行以下步骤制备：机械加工、车削、轧制、滚丝、钻孔、研磨、打磨、冲压、模切、冲裁、拉削或其组合。
97.一种矫形装置，包含根据权利要求1所述的材料。
98.根据权利要求97所述的矫形装置，其中所述装置的特征在于其形状。
99.根据权利要求98所述的矫形装置，其中所述装置的形状是机器螺钉的形状。
100.根据权利要求99所述的矫形装置，通过对材料进行以下步骤制备：机械加工、车削、轧制、滚丝、钻孔、研磨、打磨、冲压、模切、冲裁、拉削或其组合。
101.根据权利要求1所述的材料，其中至少一个维度大于1cm。
102.根据权利要求101所述的材料，其中至少一个维度大于5cm。
103.根据权利要求101所述的材料，其特征在于它是单一的连贯的材料。
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