CN110606868A - 一种制备多肽或蛋白质单晶或无定型物的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及单晶或无定型物制备技术领域，具体涉及一种制备多肽或蛋白质单晶或无定型物的方法，该方法适用于任何能溶解于溶剂的多肽或蛋白质分子的单晶或无定型物的制备。所述方法包括如下步骤：(a1)配制多肽或蛋白质的溶液，其中，配制所述溶液的溶剂为可冻结的溶剂；(a2)对步骤(a1)的多肽或蛋白质的溶液进行冻结，任选地熟化，制备得到含有多肽或蛋白质的单晶或无定型物‑冻结态溶剂的混合体系；任选地(a3)从步骤(a2)的含有多肽或蛋白质的单晶或无定型物和冻结态溶剂的混合体系中分离得到多肽或蛋白质的单晶或无定型物。本发明的方法具有普适性，可适用于所有存在单晶或无定型物的多肽或蛋白质分子。

Description

一种制备多肽或蛋白质单晶或无定型物的方法

本申请要求2018年10月30日向中国国家知识产权局提交的专利申请号为201811279200X，发明名称为“一种制备多肽或蛋白质单晶的方法”在先申请的优先权，该在先申请的全文通过引用的方式结合于本申请中。

技术领域

本发明涉及单晶或无定型物制备技术领域，具体涉及一种制备多肽或蛋白质单晶或无定型物的方法，该方法适用于任何能溶解于溶剂的多肽或蛋白质分子的单晶或无定型物的制备。

背景技术

多肽或蛋白质是生物体内最基本的物质，为生长及维持生命所必须，同时生物体内还具有催化，免疫等功能。了解蛋白质的结构对于结构基因组学，多肽或蛋白质研发以及蛋白质的设计改造具有重要的意义。目前常见的多肽或蛋白质结晶方法有分批结晶法，液液扩散法，悬滴法，沉淀法，透析法等。但是这些方法均存在成核困难，容易形成多晶，非晶等问题，有些多肽或蛋白质分子采用上述方法甚至难以获得晶体，因此高效制备完美的多肽或蛋白质单晶依旧是一项巨大的挑战，对于基础研究及工业生产具有极其重要的意义。另外，无定型多肽或蛋白质对于医药工业生产及基础研究也同样具有重要的意义。

发明内容

针对现有技术在多肽或蛋白质单晶或无定型物制备方法上的不足，本发明旨在提供一种利用溶液的冻结和任选地熟化来控制结晶物料的供给和聚集速率从而制备与培养多肽或蛋白质单晶或无定型物的方法；本发明首次通过冻结态溶剂的方式实现对多肽或蛋白质单晶或无定型物的可控制备，即通过控制溶液的冻结和任选地熟化过程，实现对溶质分子(即多肽或蛋白质)供给速率和聚集速率的调控，从而调控溶质分子的成核结晶及其晶体生长情况，实现高效制备多肽或蛋白质的单晶或无定型物。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种制备多肽或蛋白质的单晶或无定型物的方法，所述方法包括如下步骤：

(a1)配制多肽或蛋白质的溶液，其中，配制所述溶液的溶剂为可冻结的溶剂；

(a2)对步骤(a1)的多肽或蛋白质的溶液进行冻结，任选地熟化，制备得到含有多肽或蛋白质的单晶或无定型物和冻结态溶剂的混合体系；任选地，

(a3)从步骤(a2)的含有多肽或蛋白质的单晶或无定型物和冻结态溶剂的混合体系中分离得到多肽或蛋白质的单晶或无定型物。

本发明中，所述可冻结的溶剂是指可在一定温度、一定压力下，形成固态的溶剂。

本发明中，所述多肽包括同聚肽或杂聚肽。本发明中，所述同聚肽包括直键肽或环状肽；所述杂聚肽包括色素肽、糖肽、脂肽或缩酮肽。

本发明中，所述蛋白质包括简单蛋白质和结合蛋白质。

本发明中，所述简单蛋白质包括清蛋白类、球蛋白类、组蛋白类、精蛋白类、谷蛋白类、硬蛋白类。

本发明中，所述结合蛋白质包括糖蛋白类、核蛋白类、脂蛋白类、磷蛋白类、金属蛋白类和色素蛋白类。

本发明中，所述多肽或蛋白质在溶剂中的溶解度为易溶、可溶、微溶或难溶。

本发明中，所述步骤(a2)具体包括如下步骤：

将步骤(a1)的多肽或蛋白质的溶液降温冻结成固体混合物，并任选地进行熟化处理，制备得到含有多肽或蛋白质的单晶或无定型物和冻结态溶剂的混合体系。

本发明的步骤(a2)中，所述冻结是将步骤(a1)的多肽或蛋白质的溶液由液态转化为固态。

本发明中，所述冻结的方法包括但不限于自然冷却冻结、压缩制冷设备降温冻结、半导体制冷设备降温冻结、液氮降温冻结、液氦降温冻结、液态二氧化碳降温冻结、液态氧降温冻结、液态乙烷降温冻结、干冰降温冻结、冰降温冻结等中的一种或几种降温冻结方法的组合。

本发明中，所述冻结的过程包括但不限于快速降温、缓慢降温、分步降温、先升温后降温等中的一种或者几种冻结过程的组合。

本发明中，所述冻结包括但不限于完全冻结，未完全冻结。

本发明中，所述熟化过程即为多肽或蛋白质的溶液在保持冻结状态下停留一段时间。

本发明中，所述的熟化时间是指冻结过程结束后，升温或降温至熟化温度所需的时间，以及在熟化温度下维持的时间。

在一个实施方式中，所述步骤(a2)，对步骤(a1)的拟结晶物质的溶液进行冻结，制备得到含有拟结晶物质的单晶和冻结态溶剂的混合体系。

在一个实施方式中，所述步骤(a2)中包括熟化处理步骤，即所述步骤(a2)中，对步骤(a1)的拟结晶物质的溶液进行冻结和熟化处理，制备得到含有拟结晶物质的单晶或无定型物和冻结态溶剂的混合体系。

在一个实施方式中，所述步骤(a2)，在熟化过程中，将温度以大于或等于10℃/min的升温或降温速度达到某一温度，且所述熟化的时间小于25min，制备得到含有拟结晶物质的无定型物和冻结态溶剂的混合体系。

又一个实施方式中，所述达到的某一温度与冻结温度之间的差异越大，所得到的无定型物的颗粒尺寸越大。因此可以通过调整该温差的大小来控制所获得的无定型物的颗粒尺寸。

在一个实施方式中，所述步骤(a2)，在熟化过程中，将温度以小于10℃/min的升温或降温速度达到某一温度，和/或所述熟化的时间至少为25min，制备得到含有拟结晶物质的单晶和冻结态溶剂的混合体系。

示例性地，在熟化过程中，将温度以小于10℃/min的升温或降温速度达到某一温度，保持一段时间，制备得到含有拟结晶物质的单晶和冻结态溶剂的混合体系。

示例性地，在熟化过程中，将温度以任意升温或降温速度达到某一温度，熟化至少25min，制备得到含有拟结晶物质的单晶和冻结态溶剂的混合体系。

示例性地，在熟化过程中，将温度以小于10℃/min的升温或降温速度达到某一温度，熟化至少25min，制备得到含有拟结晶物质的单晶和冻结态溶剂的混合体系。

本发明中，在步骤(a3)中，所述分离是采用物理方式和/或化学方式将冻结成固体的溶剂自混合体系中分离出来。

本发明中，所述的物理方式包括但不限于骤冷分离、升华(如真空升华)、溶解中的一种或几种方式的组合。

本发明中，所述的化学方式包括但不限于化学反应、电解中的一种或几种方式的组合。

本发明中，所述方法还包括如下步骤：

(a4)收集步骤(a3)制备得到的单晶或无定型物。

本发明中，在步骤(a4)中，所述收集包括但不限于采用光学显微镜收集、扫描电子显微镜收集、双束电子显微镜收集、透射电子显微镜收集中的一种或几种的组合。

本发明还提供一种培养多肽或蛋白质单晶的方法，所述方法包括上述的制备单晶的方法。

本发明中，所述培养多肽或蛋白质单晶的方法还包括如下步骤：

(b1)将上述制备的多肽或蛋白质的单晶转移到多肽或蛋白质的母液中进行培养；

(b2)对步骤(b1)的单晶进行收集。

本发明中，在步骤(b1)中，所述的转移可以是将步骤(a2)的含有拟结晶物质的单晶-溶剂的混合体系转移到拟结晶物质的母液中进行单晶培养；或者所述的转移可以是将步骤(a3)的去除溶剂后的单晶直接转移到多肽或蛋白质的母液中进行单晶培养；或者是将步骤(a4)收集到的单晶转移到多肽或蛋白质的母液中进行单晶培养。

本发明中，所述的转移包括但不限于光学显微镜移取、扫描电子显微镜移取、双束电子显微镜移取、透射电子显微镜移取中的一种或几种的组合。

本发明中，在步骤(b1)中，所述单晶的培养方法包括但不限于蒸发法、降温法、扩散法中的一种或几种的组合。

本发明中，在步骤(b2)中，所述收集包括但不限于采用光学显微镜收集、扫描电子显微镜收集、双束电子显微镜收集、透射电子显微镜收集中的一种或几种的组合。

有益效果

1.针对传统方法在制备多肽或蛋白质单晶或无定型物过程中存在分子供给、聚集及成核速度难以控制等缺点，本发明首次提出了溶液冻结诱导溶质分子的成核与结晶的方法。通过调控冻结的多肽或蛋白质的溶液的熟化过程，和任选地熟化过程，快速有效制备多肽或蛋白质单晶或无定型物。同时，该方法可解决传统单晶培养中难以结晶分子的单晶制备问题，还可以解决一些物质较难形成无定型物，特别是形成高纯度的无定型物的问题。

2.相比于悬滴法及沉淀法，本发明采用的冻结处理方式使得多肽或蛋白质的溶液浓度调控范围更大，从很低浓度到过饱和浓度均可实现多肽或蛋白质单晶或无定型物的制备。首次实现了在极低溶液浓度下获取多肽或蛋白质单晶或无定型物；同时解决了高浓度下由于溶质分子的聚集过快而导致的单晶或无定型物形成不易控制、易形成多晶，孪晶等问题；另外，本发明还具有在很短时间(几分钟到数小时)内得到多肽或蛋白质单晶或无定型物的优势。

3.本发明中溶液冻结为一技术关键点。所述冻结过程是指使溶液以任意的方式冻结，冻结的时间、冻结的温度、冻结的温度梯度、冻结的方法、冻结的过程等均没有特别的限定。实验证实，通过溶液冻结制备溶质单晶或无定型物的本质在于，在冻结的过程中，溶剂冻结成固体状态(如水分子形成冰晶)的同时，溶质分子会被释放并聚集在固体状态的溶剂的界面处(如冰晶界面处)，通过对溶液冻结过程以及固态化溶剂的重结晶过程的调控(如对水结晶过程以及冰晶重结晶过程的调控)，从而进一步调控其中溶质分子的释放和聚集速率，有效地实现对于溶质分子的成核及生长的调控，进而获取目标分子的单晶或无定型物。

4.本发明所述熟化过程是指使冻结的溶液在固体状态或固液混合态下保持一定的时间，温度不受限定，但是升温或降温速度需要控制。实验证实，本发明所述的熟化过程任选地作为冻结过程的补充手段，能够优化对已结晶溶剂重结晶过程的调控，从而调控其中溶质分子的释放速率以及溶质分子向结晶的溶剂界面处的聚集速率，有利于进一步优化溶液冻结后无定型物的生长和/或单晶的成核、生长。不仅如此，熟化过程由于对温度没有过多的限定，冻结后的体系无需继续冻结而是经过熟化过程就可以获得颗粒尺寸在纳米至微米范围内的单晶或无定型物，从而有利于选择在更经济的温度下，以更高的效率实现单晶或无定型物的优化制备，有利于能耗的降低，从而极大节省成本。与传统方法相比，本发明通过调控熟化过程的升温或降温速率实现对冻结的溶剂的重结晶进行优化调控，可进一步调控结晶的溶剂中溶质分子向结晶的溶剂的界面处的聚集速度，进而有效地得到溶质分子的单晶或无定型物，其具有节约能源等优势，更有利于目标分子单晶或无定型物的大规模工业化生产。

5.本发明提供的单晶或无定型物的制备方法和进一步的单晶的培养方法的适用范围广，对于现有的多肽或蛋白质均适用，此外，还可利用该方法实现传统方法难以结晶的物质的单晶获取，以及难以获得无定型的物质的无定型物的获得。且实验方法简单，操作性强。本发明所述方法不仅在实验室基础研究中适用，同样满足在工业生产的需求。

6.本发明的溶剂选取方便，无论是极性或者非极性溶剂，只要可以冻结均可。这为不同分子的溶解提供了不同的选择方式，特别的对于可溶于水体系的拟结晶物质，省去了大量有机溶剂的使用，不仅降低了成本，还具有绿色环保等优势。

附图说明

图1为L-谷胱甘肽的单晶的扫描电镜照片。

图2为L-肌肽的单晶的扫描电镜照片。

图3是双甘肽的单晶的扫描电镜照片。

图4是氨肽酶的单晶的扫描电镜照片及分子式。

图5是溶菌酶的单晶的扫描电镜照片，溶菌酶来源于鸡蛋。

图6是蛋白酶的单晶的扫描电镜照片，蛋白酶来源于枯草杆菌。

图7是白蛋白的单晶的扫描电镜照片，白蛋白来源于鸡蛋白。

图8是玉米蛋白的单晶的扫描电镜照片，玉米蛋白来源于玉米。

图9是蛋白酶K的单晶的扫描电镜照片。

图10是鬼笔环肽的单晶的光学照片及分子式。

图11是本发明多肽或蛋白质形成单晶的原理示意图。

图12为AIE35形成单晶的过程图。

图13为对甲基苯磺酸形成单晶的过程图。

具体实施方式

[制备单晶的方法]

本发明中使用的多肽或蛋白质是指那些存在单晶或无定型物的多肽或蛋白质。

本发明中，“任选地”表示进行或者不进行后续步骤。

本发明中，所述多肽或蛋白质的无定型物即为无定型的多肽或蛋白质。

[制备单晶或无定型物的方法]

如前所述，本发明提供一种制备多肽或蛋白质的单晶或无定型物的方法，所述方法包括如下步骤：

(a1)配制多肽或蛋白质的溶液，其中，配制所述溶液的溶剂为可冻结的溶剂；

(a2)对步骤(a1)的多肽或蛋白质的溶液进行冻结，任选地熟化，制备得到含有多肽或蛋白质的单晶或无定型物和冻结态溶剂的混合体系；任选地，

(a3)从步骤(a2)的含有多肽或蛋白质的单晶或无定型物和冻结态溶剂的混合体系中分离得到多肽或蛋白质的单晶或无定型物。

[制备单晶的方法]

如前所述，本发明提供一种制备多肽或蛋白质单晶或无定型的方法，所述方法包括如下步骤：

(a1)配制多肽或蛋白质的溶液，其中，配制所述溶液的溶剂为可冻结的溶剂；

(a2)对步骤(a1)的多肽或蛋白质的溶液进行冻结，任选地熟化，制备得到含有多肽或蛋白质的单晶和冻结态溶剂的混合体系；任选地，

(a3)从步骤(a2)的含有多肽或蛋白质的单晶和冻结态溶剂的混合体系中分离得到多肽或蛋白质的单晶；

其中，所述熟化的过程中升温或降温速率小于10℃/min，和/或，所述熟化的过程中熟化的时间至少为25min。

示例性地，在熟化过程中，将温度以小于10℃/min的升温或降温速度达到某一温度，保持一段时间，即得到含有拟结晶物质的单晶和冻结态溶剂的混合体系。

示例性地，在熟化过程中，将温度以任意升温或降温速度达到某一温度，熟化至少25min，即得到含有拟结晶物质的单晶和冻结态溶剂的混合体系。

示例性地，在熟化过程中，将温度以小于10℃/min的升温或降温速度达到某一温度，熟化至少25min，即得到含有拟结晶物质的单晶和冻结态溶剂的混合体系。

示例性地，所述达到的某一温度例如小于等于0℃，还例如小于等于-5℃；具体的，可以是-10℃、-15℃、-18℃、-20℃、-24℃、-25℃、-30℃、-72℃、-80℃、-90℃、-100℃或液氮温度，等等。

如上所述，所述升温或降温速率小于10℃/min，例如可以是小于9℃/min，进一步例如小于等于5℃/min；根据不同的拟结晶物质而定。不难理解，若速度为0℃/min，则表示维持与冻结温度一样的温度熟化。

如上所述，所述熟化时间至少为25min，例如可以为30min、40min、50min、55min、60min、90min、100min、120min、150min、200min、300min、500min或更长等等；根据不同的拟结晶物质而定。

[制备无定型物的方法]

如前所述，本发明提供一种制备无定型多肽或蛋白质的方法，所述方法包括如下步骤：

(a1)配制多肽或蛋白质的溶液，其中，配制所述溶液的溶剂为可冻结的溶剂；

(a2)对步骤(a1)的多肽或蛋白质的溶液进行冻结，熟化，制备得到含有多肽或蛋白质的无定型和冻结态溶剂的混合体系；任选地，

(a3)从步骤(a2)的含有多肽或蛋白质的无定型和冻结态溶剂的混合体系中分离得到多肽或蛋白质的无定型；

其中，所述熟化的过程中升温或降温速率大于等于10℃/min，所述熟化的过程中熟化的时间小于25min。

示例性地，所述步骤(a2)的熟化过程中，将温度以大于等于10℃/min的升温或降温速度达到某一温度熟化小于25min，即得到含有拟结晶物质的无定型物和冻结态溶剂的混合体系。

在一个实施方式中，所述达到的某一温度与冻结温度之间的差异越大，所得到的无定型物的颗粒尺寸越大。因此可以通过调整该温度的高低来控制所获得的无定型物的颗粒尺寸。示例性地，所述达到的某一温度例如小于等于0℃，还例如小于等于-5℃；具体的，可以是-5℃、-7℃、-8℃、-10℃、-12℃、-20℃、-45℃，等等。优选地，自液氮温度以大于等于10℃/min的升温速度上升到上述温度。

如上所述，所述升温或降温速率大于等于10℃/min，例如大于等于15℃/min，例如可以是15℃/min、16℃/min、17℃/min、18℃/min、19℃/min、20℃/min、21℃/min、22℃/min、23℃/min、24℃/min、25℃/min、26℃/min、27℃/min、28℃/min、29℃/min、30℃/min或更高；所述熟化时间小于25min，例如可以小于25min、小于等于23min、小于等于22min、小于等于21min、小于等于20min，小于等于19min、小于等于18min、小于等于17min或小于等于16min等；根据不同的拟结晶物质而定。

[上述方法中的具体方案]

根据本发明的实施方案，在步骤(a1)中，所述多肽或蛋白质的溶液的配制采用本领域技术人员已知的操作方式进行即可，如采用标准溶液的配制方法。

根据本发明的实施方案，在步骤(a1)中，所述可冻结的溶剂包括但不限于水和/或有机溶剂。

所述水包括但不限于二次水，蒸馏水，超纯水。

所述可冻结的有机溶剂是指可在一定温度、一定压力下形成固态的有机溶剂。

所述有机溶剂包括但不限于烃类有机溶剂、卤代烃类有机溶剂、醇类有机溶剂、酚类有机溶剂、醚和缩醛类有机溶剂、酮类有机溶剂、酸和酸酐类有机溶剂、酯类有机溶剂、含氮化合物类有机溶剂、含硫化合物类有机溶剂、多官能团类有机溶剂等。

所述烃类有机溶剂包括脂肪烃(直链脂肪烃、支链脂肪烃、脂环烃)、芳香烃；例如：甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、戊烷、2-甲基丁烷、己烷、石油醚、丁烯、环戊烷、环己烷、苯、苯乙烯、甲苯、二甲苯、乙苯、二乙苯、联苯、萘等等；所述卤代烃类有机溶剂为卤素取代的上述烃类有机溶剂，例如二氯甲烷、氯仿、四氯化碳、氯乙烷、二氯乙烷、三氯乙烷、二溴甲烷、溴乙烷、二溴乙烷、二溴丙烷、氯苯、二氯苯、二氯甲苯、二溴苯等；所述醇类溶剂例如包括：甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇、异丁醇、戊醇、2-甲基-1-丁醇、环乙醇、苯乙醇、乙二醇、丙二醇、甘油、丁二醇、戊二醇、乙二醇等；所述酚类溶剂例如为：苯酚、苯二酚、甲酚、二甲酚等；所述醚和缩醛类溶剂例如为：甲乙醚、丙醚、丁醚、戊醚、乙基丁基醚、苯甲醚、二苯醚、环氧乙烷、环氧丙烷、环氧丁烷、二噁烷、呋喃、四氢呋喃、乙二醇甲醚、乙二醇丁醚、乙二醇二甲醚、乙二醇二乙醚、二甘醇甲醚、甘油醚、冠醚、苯甲醛、肉桂醛等等；所述酮类溶剂例如为：丙酮、甲乙酮、甲基丙酮、戊酮、环己酮、苯乙酮等；所述酸和酸酐溶剂例如为：甲酸、乙酸、草酸、丙酸、丁酸、乙酸酐、丙酸酐等；所述酯类溶剂例如为：甲酸甲酯、甲酸乙酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、丁酸丁酯、苯甲酸甲酯、苯甲酸乙酯、肉桂酸乙酯、邻苯二甲酸二甲酯、丁内酯等；所述含氮化合物溶剂包括硝基类溶剂、腈类溶剂、胺类溶剂、酰胺类溶剂、内酰胺类溶剂等等，例如为：硝基乙烷、硝基苯、乙腈、丙腈、甲胺、二甲胺、乙胺、二乙胺、三乙胺、苯胺、吡咯、四氢吡咯、哌啶、吡啶、四氢吡啶、乙二胺、丙二胺、甲酰胺、乙酰胺、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、吡咯烷酮、N-甲基吡咯烷酮、已内酰胺等等；所述含硫化合物溶剂例如为：二硫化碳、甲硫醚、噻吩、四氢噻吩、二甲基亚砜、二甲基砜等；所述多官能团溶剂例如为：乙二醇一甲醚、二甘醇、聚乙二醇、聚丙二醇、2-氯乙醇、烯丙醇、丙烯腈、二乙醇胺、对甲氧基苯甲醇、吗啉、N-甲基吗啉、乳酸、乙酰乙酸甲酯、乙酰乙酸乙酯等等。

根据本发明的实施方案，所述有机溶剂还包括上述多种有机溶剂的组合。

根据本发明的实施方案，所述多肽包括同聚肽或杂聚肽。

本发明中，所述同聚肽包括直键肽或环状肽；所述杂聚肽包括色素肽、糖肽、脂肽或缩酮肽。

例如，所述多肽选自包括但不限于L-谷胱甘肽、L-肌肽、双甘肽或鬼笔环肽(phalloidin)等。

本发明中，所述蛋白质包括简单蛋白质和结合蛋白质。

本发明中，所述简单蛋白质包括清蛋白类、球蛋白类、组蛋白类、精蛋白类、谷蛋白类、硬蛋白类。

本发明中，所述结合蛋白质包括糖蛋白类、核蛋白类、脂蛋白类、磷蛋白类、金属蛋白类和色素蛋白类等。

例如，所述蛋白质选自氨肽酶、溶酶菌(来源于鸡蛋)、蛋白酶(来源于枯草杆菌)、白蛋白(来源于鸡蛋白)、玉米蛋白(来源于玉米)、蛋白酶K等。

根据本发明的实施方案，所述多肽或蛋白质可以是亲水性物质，也可以是疏水性物质。

根据本发明的实施方案，所述多肽或蛋白质在所述溶剂中具有一定的溶解度；本领域技术人员可以理解，所述多肽或蛋白质在溶剂中溶解的量可以为任意的，即将多肽或蛋白质溶解在溶剂中即可，而对其溶解在溶剂中的量没有特别的限定；可以理解，所述多肽或蛋白质在溶剂中的溶解度可以为难溶、微溶、可溶及易溶。

根据本发明的实施方案，优选地，所述多肽或蛋白质在溶剂中溶解的量为大于等于1×10^-7g/100g(所用溶剂)，例如大于等于0.001g/100g(所用溶剂)，如大于等于0.01g/100g(所用溶剂)，如大于等于0.1g/100g(所用溶剂)，如大于等于1g/100g(所用溶剂)，如大于等于10g/100g(所用溶剂)。

根据本发明的实施方案，所述多肽或蛋白质的溶液的浓度没有特别的限定，即多肽或蛋白质能够溶解在溶剂中即可；本领域技术人员知晓的，所述多肽或蛋白质在溶剂中可以为非饱和溶液或饱和溶液，也可以为过饱和溶液；当然，所述多肽或蛋白质的溶液的浓度的高低对于多肽或蛋白质的聚集速率会有很大影响，浓度较低时，多肽或蛋白质聚集速度较慢，获取单晶或无定型物所需时间会相应增加；浓度较高时，多肽或蛋白质聚集速度较快，获取单晶或无定型物所需时间会相应减少。因此，通过合理的选择浓度，实现通过溶液浓度调控单晶或无定型物的制备时间；当然制备单晶或无定型物的时间不仅仅只取决于溶液的浓度，这与熟化也有紧密的联系。

根据本发明的实施方案，所述多肽或蛋白质的溶液的浓度为大于等于1×10^-7g/100g(所用溶剂)，例如大于等于0.001g/100g(所用溶剂)，如大于等于0.01g/100g(所用溶剂)，如大于等于0.1g/100g(所用溶剂)，如大于等于1g/100g(所用溶剂)，如大于等于10g/100g(所用溶剂)。所述多肽或蛋白质的有机溶剂溶液的浓度的上限没有特别的限定，其可以为多肽或蛋白质在溶剂中的过饱和溶液或饱和溶液。

优选地，所述多肽或蛋白质的溶液的浓度为1×10^-7g/100g(所用溶剂)到1g/100g(所用溶剂)。

根据本发明，所述步骤(a2)具体包括如下步骤：

将步骤(a1)的多肽或蛋白质的溶液降温冻结成固体，并任选地进行熟化处理，制备得到含有多肽或蛋白质的单晶或无定型物和冻结态溶剂的混合体系。

根据本发明的实施方案，发明人出人意料地发现了所述溶液在冻结过程中，溶剂会冻结为固体，而溶解于溶液中的拟结晶物质会在溶剂界面处实现浓度聚集，为形成单晶或无定型物提供可能。另外，冻结的拟结晶物质的溶液，当处于冻结过程和任选地进一步的熟化过程时，一定数量的冻结成固体的溶剂的晶粒尺寸会逐渐变大，拟结晶物质逐步从消失的固体溶剂中释放出来，从而拟结晶物质会在每个冻结成固体的溶剂的界面处不断聚集，形成单晶或无定型物并不断长大或已形成的单晶或无定型物会不断长大，最后可以获得颗粒尺寸在几十纳米至几百纳米的多肽或蛋白质纳米颗粒，如图11所示。

以水体系为例，为证明冰晶在冻结、或任选地进一步熟化过程中将溶质分子聚集在其界面处，我们选择了聚集发光材料AIE35验证了该过程(聚集发光材料在游离的分子状态时，任意的波长均不能激发使其发光，但该分子以聚集态存在时，会被激发出荧光)。实验过程中，AIE35水溶液通过任一种方式冻结成固体，冰会形成分别独立存在的多晶体系，如图12所示，在任两个相接触的冰晶体界面处，AIE35均形成聚集体，进而结晶。由图12中a可知，界面处的荧光增强，说明AIE35分子可以在界面处聚集且逐步从无定型态物质过渡形成AIE35纳米单晶。并且由图12中b可知，界面处形成的聚集体经历了从无定型态到单晶的转换，并且，其单晶体积逐渐增大。其中图12为透射电镜和电子衍射表征结果。

AIE35的分子结构为：

为了进一步证明单晶形成的原理，我们采用对甲基苯磺酸分子，采用透射电镜原位低温衰减全反射红外，观察对甲基苯磺酸在水的冻结、熟化过程中的聚集并形成单晶、单晶不断长大的过程。检测结果表明，冻结过程形成对甲基苯磺酸单晶，该对甲基苯磺酸单晶在熟化时逐渐生长，同时对甲基苯磺酸的特征峰-1035cm^-1(磺酸根的伸缩振动)的产生并发生蓝移也再次有力地证明随着熟化，对甲基苯磺酸分子不断聚集使得形成的单晶不断长大(见图13)。

根据本发明的实施方案，所述冻结包括但不限于完全冻结，未完全冻结。本领域技术人员可以理解，所述完全冻结是指多肽或蛋白质的溶液被完全冻结成固体；所述未完全冻结是指多肽或蛋白质的溶液部分被冻结成固体，部分还为液体状态。

根据本发明的实施方案，本领域技术人员可以理解，所述冻结可以是以任意一种或几种降温方法对具有任意体积和形状的多肽或蛋白质的溶液以任意一种或几种降温过程将其冻结为固体或固液混合物。即所述冻结是将多肽或蛋白质的溶液冻结为固体或固液混合物。所述冻结结晶法相比于传统的蒸发法和降温结晶法，对多肽或蛋白质的溶液浓度调控范围更大，得到多肽或蛋白质晶体所需时间极大缩短。

根据本发明的实施方案，所述冻结的时间、冻结的温度、冻结的温度梯度、冻结的方法、冻结的过程等均没有特别的限定，将任意体积和形状的多肽或蛋白质的溶液冻结为固体即可。当然，在冻结过程中也可以考量多肽或蛋白质的溶液的浓度进行合理的选择，目的是为了控制多肽或蛋白质的扩散速率，进而影响其结晶过程。示例性地，若多肽或蛋白质的溶液的浓度较高时，此时选用的冻结时间可以适当缩短、冻结温度可以适当降低；这样操作的目的是为了防止较高浓度的溶液中的多肽或蛋白质难以控制地形成多晶；若多肽或蛋白质的溶液的浓度较低时，此时选用的冻结时间可以适当延长、冻结温度可以适当提高；这样的操作的目的是实现多肽或蛋白质有效的聚集，进而可控形成无定型物或单晶。

根据本发明的实施方案，所述冻结的方法为本领域技术人员已知的操作方式，例如采用任意制冷装置进行降温冻结操作或是采用任意低温物质进行降温冻结；示例性地，所述冻结的方法包括但不限于压缩制冷设备降温冻结、半导体制冷设备降温冻结、液氮降温冻结、液氦降温冻结、液态二氧化碳降温冻结、液态氧降温冻结、液态乙烷降温冻结、干冰降温冻结、冰降温冻结等中的一种或几种降温冻结方法的组合。

根据本发明的实施方案，所述冻结的操作压力同样没有限定，其可以为常压下的冻结，也可以为高压或低压下的冻结处理。

根据本发明的实施方案，所述冻结的过程为本领域技术人员已知的操作方式，例如通过任意过程使多肽或蛋白质的溶液由液态冻结为固态或固液混合物，示例性地，所述冻结的过程包括但不限于快速降温、缓慢降温、分步降温、先升温后降温等中的一种或者几种冻结过程的组合。

根据本发明的实施方案，所述多肽或蛋白质的溶液的体积和形状没有特别的限定；多肽或蛋白质的溶液冻结成的固体的体积与形状同样没有特别的限定，只要能将其冷冻得到固体即可；本领域技术人员可以理解的，所述冻结可以是将任意体积的多肽或蛋白质的溶液进行整体冻结、或者是将任意体积的多肽或蛋白质的溶液形成的膜进行冻结、又或者是将任意体积的多肽或蛋白质的溶液形成的液滴进行冻结。

根据本发明的实施方案，对冻结成固体的多肽或蛋白质的溶液任选进行熟化处理；所述熟化处理过程中熟化的温度、熟化的时间、熟化的过程均没有特别的限定，但需保证所述熟化处理过程中冻结的多肽或蛋白质的溶液仍至少部分或全部保持固体状态即可，即所述熟化过程中多肽或蛋白质的溶液仍保持冻结状态；例如采用与冻结处理相同的方法对所述固体进行熟化处理，或采用其他的方法对所述固体进行熟化；所述熟化处理的目的是为了实现多肽或蛋白质聚集与纳米颗粒生长速度的调控，进而得到多肽或蛋白质的单晶或无定型物。本领域技术人员能够理解，所述熟化温度应为低于使已冻结的多肽或蛋白质的溶液重新融化的温度(即T_融化)，优选的所述熟化温度低于T_融化5℃以上，更优选低于T_融化10℃以上。

根据本发明的实施方案，所述熟化过程即为多肽或蛋白质的溶液在保持冻结状态下停留一段时间。这里的冻结状态可以为完全冻结，也可以为未完全冻结，根据本领域技术人员已知的操作进行选择即可。

根据本发明的实施方案，所述熟化过程，例如采用快速升温(或降温)或缓慢升温(或降温)等方式，示例性地，所述熟化过程的升温或降温速率大于等于10℃/min，此范围的升温或降温速率会使溶质分子从固体混合物中快速释放并且产生无序聚集，通过对熟化时间的限定，为制备得到无定型物提供保障。

示例性地，所述熟化过程的升温或降温速率小于10℃/min，此范围的升温或降温速率会使溶质分子从固体混合物中缓慢释放进而产生有序聚集，可以制备得到单晶。

根据本发明的实施方案，熟化温度(即所述达到的某一温度)控制的是冻结溶剂的晶粒的尺寸大小进而控制拟结晶物质聚集速度，即熟化温度与冻结温度的温差越大，冻结溶剂的晶粒尺寸较大，拟结晶物质聚集速度较快，形成单晶或无定型物所需时间较短，那么制备得到的拟结晶物质的单晶或无定型物的颗粒尺寸也较大；熟化温度与冻结温度的温差越小，冻结溶剂的晶粒尺寸较小，拟结晶物质聚集速度较慢，形成单晶或无定型物所需时间较长，且制备得到的拟结晶物质的单晶或无定型物的颗粒尺寸也较小。即熟化温度与冻结温度的温差越大，制备得到的拟结晶物质的单晶或无定型物的颗粒尺寸也较大。

根据本发明的实施方案，对所述熟化的时间没有特别的限定，其可以为本领域技术人员已知的过程，从上述关于本申请的方法的机理描述可以看出，熟化的过程可以理解为无定型物的成核与生长或晶体形成与生长的过程，适当的延长熟化的时间，可以获得颗粒尺寸、形态完整的晶体，但需要注意的是，由于调节熟化时间的本质是对多肽或蛋白质的聚集速度与浓度进行调控，过久的熟化可能会导致聚集速度与浓度过高，反而不利于形成单晶或无定型物。示例性地，所述熟化的时间为大于1皮秒，优选地，所述熟化的时间为1～1000分钟，进一步优选地，所述熟化的时间为10～300分钟。

示例性地，所述熟化的时间小于25min，通过与熟化过程的升温或降温速率进行调控，可以实现无定型物的制备。所述熟化的时间至少为25min时，可以进一步对拟结晶物质的聚集浓度进行调控，例如可以制备得到单晶。但是所述熟化的时间也不能过长，过长的熟化时间可能会使已知得到的单晶进一步变成多晶结构。

根据本发明的实施方案，熟化过程可以采用任意制冷装置或采用任意低温，使多肽或蛋白质的溶液仍保持冻结状态即可；例如采用自然冷却方式、压缩制冷设备、半导体制冷设备、或采用液氮、液氦、液态二氧化碳、液态氧、液态乙烷、干冰、冰等中的一种或几种方法的组合。

根据本发明的实施方案，在步骤(a3)中，所述分离可以是采用物理方式和/或化学方式将冻结成固体的溶剂自所述体系中分离出来。熟化结束后已经制备得到单晶或无定型物，此时的单晶或无定型物是存在于溶剂晶体界面处的，需要通过适当的方法将其分离开；或者是将溶剂去除。

根据本发明的实施方案，所述的物理方式包括但不限于骤冷分离、升华(如真空升华)、溶解中的一种或几种方式的组合。所述升华例如可以利用冷冻干燥的方式进行；所述真空升华例如可以利用真空条件下的冷冻干燥的方式进行；所述溶解例如用另一种液态溶剂将已冻结的溶剂进行溶解。

根据本发明的实施方案，所述的化学方式包括但不限于化学反应、电解中的一种或几种方式的组合。

根据本发明，所述方法还包括如下步骤：

(a4)收集步骤(a3)制备得到的单晶或无定型物。

根据本发明的实施方案，在步骤(a4)中，所述收集包括但不限于采用光学显微镜收集、扫描电子显微镜收集、双束电子显微镜收集、透射电子显微镜收集中的一种或几种的组合。

[培养单晶的方法]

如前所述，本发明还提供一种培养单晶的方法，所述方法包括上述的制备单晶的方法。

根据本发明的实施方案，所述培养单晶的方法还包括如下步骤：

(b1)将上述制备的多肽或蛋白质的单晶转移到多肽或蛋白质的母液中进行培养；

(b2)对步骤(b1)的单晶进行收集。

根据本发明的实施方案，所述的转移为本领域技术人员知晓的任意一种能够移取单晶的方法，包括但不限于光学显微镜移取、扫描电子显微镜移取、双束电子显微镜移取、透射电子显微镜移取中的一种或几种的组合。

根据本发明的实施方案，所述的母液为本领域技术人员知晓的与待培养的单晶相适配的母液体系，例如可以为饱和溶液体系，也可以为过饱和溶液体系或为不饱和溶液体系；例如当拟结晶的物质为L-谷胱甘肽时，选用L-谷胱甘肽的水溶液作为母液。

下文将结合具体实施例对本发明的技术方案做更进一步的详细说明。应当理解，下列实施例仅为示例性地说明和解释本发明，而不应被解释为对本发明保护范围的限制。凡基于本发明上述内容所实现的技术均涵盖在本发明旨在保护的范围内。

下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法；下述实施例中所用的试剂、材料等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

下述实施例中所述的熟化时间是指冻结过程结束后，升温或降温至熟化温度所需的时间，以及在熟化温度下维持的时间；所述的维持时间是指在熟化温度下维持的时间。

实施例1

用水配制浓度为0.5mg/mL的L-谷胱甘肽溶液，用注射器取1mL的溶液，将其铺展在硅片上，放置-24℃冰箱中缓慢降温至完全冻结，最后将其置于-10℃冰箱中熟化20min，随后冷冻干燥样品，完全升华固态水(冰)，便可得到L-谷胱甘肽单晶。最后从烧杯中选取质量较好的单晶(所述选取方法为本领域技术人员的常规选择，例如通过形貌结构进行判断)移至饱和L-谷胱甘肽水溶液，置于温度为25℃，相对湿度为40％的恒温恒湿环境下一段时间，便可长出体积更大的L-谷胱甘肽晶体，见附图1。

实施例2

用水配制浓度为1mg/mL的L-谷胱甘肽溶液，用量筒取100ml的溶液至烧杯中，将其放置-24℃冰箱中缓慢降温至完全冻结，最后将其置于-15℃冰箱中熟化60min，随后骤冷快速移除冻结的冰，便可得到L-谷胱甘肽单晶。最后从硅片中选取质量较好的单晶移至饱和L-谷胱甘肽水溶液，置于温度为25℃，相对湿度为40％的恒温恒湿环境下一段时间，便可长出体积更大的L-谷胱甘肽晶体。

实施例3

用水配制浓度为0.2mg/mL的L-谷胱甘肽溶液，用移液枪取20μL的溶液，将其滴落至-90℃的硅片，硅片温度通过冷热台控制，随即以15℃/min的升温速率，升至-10℃，在此温度下维持30min。随后骤冷去除冻结的冰得到L-谷胱甘肽单晶，从硅片中选取质量较好的单晶移至饱和L-谷胱甘肽水溶液，置于温度为25℃，相对湿度为40％的恒温恒湿环境下一段时间，便可长出体积更大的L-谷胱甘肽晶体。

实施例4

用二甲基亚砜配制浓度为0.1mg/mL的L-肌肽溶液，用量筒取100ml的溶液至烧杯中，将其放置-24℃冰箱中缓慢降温至完全冻结，最后将其置于-20℃冰箱中熟化90min，随后冷冻干燥样品，完全升华冻结的二甲基亚砜，便可得到L-肌肽单晶。最后从烧杯中选取质量较好的单晶移至饱和L-肌肽二甲基亚砜溶液，置于温度为25℃，相对湿度为40％的恒温恒湿环境下一段时间，便可长出体积更大的L-肌肽晶体，见附图2。

实施例5

用二甲基亚砜配制浓度为0.1mg/mL的L-肌肽溶液，用移液枪取15μL的溶液，将其滴落至-90℃的硅片，硅片温度通过冷热台控制，随即以5℃/min的升温速率，升至-18℃，在此温度下维持60min。随后冷冻干燥样品，完全升华固态冰，随之从硅片中选取质量较好的单晶移至饱和L-肌肽溶液，置于温度为25℃，相对湿度为40％的恒温恒湿环境下一段时间，便可长出体积更大的L-肌肽晶体。

实施例6

用水配制浓度为0.2mg/mL的双甘肽溶液，用移液枪取15μL的溶液，将其滴落至-90℃的硅片，硅片温度通过冷热台控制，随即以20℃/min的升温速率，升至-10℃，在此温度下维持120min。随后冷冻干燥样品，完全升华冰，随之从硅片中选取质量较好的单晶移至饱和双甘肽溶液，置于温度为25℃，相对湿度为40％的恒温恒湿环境下一段时间，便可长出体积更大的双甘肽晶体。

见附图3

操作步骤同实施例1，本申请还制备了如下多肽或蛋白质的单晶，制备条件与实施例1区别如下表所示：

以上，对本发明的实施方式进行了说明。但是，本发明不限定于上述实施方式。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种制备多肽或蛋白质的单晶或无定型物的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

(a1)配制多肽或蛋白质的溶液，其中，配制所述溶液的溶剂为可冻结的溶剂；

(a2)对步骤(a1)的多肽或蛋白质的溶液进行冻结，任选地熟化，制备得到含有多肽或蛋白质的单晶或无定型物和冻结态溶剂的混合体系；

任选地，(a3)从步骤(a2)的含有多肽或蛋白质的单晶或无定型物和冻结态溶剂的混合体系中分离得到多肽或蛋白质的单晶或无定型物。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(a1)中，

(a1)配制多肽或蛋白质的溶液，其中，配制所述溶液的溶剂为可冻结的溶剂；

(a2)对步骤(a1)的多肽或蛋白质的溶液进行冻结，任选地熟化，制备得到含有多肽或蛋白质的单晶和冻结态溶剂的混合体系；任选地，

(a3)从步骤(a2)的含有多肽或蛋白质的单晶和冻结态溶剂的混合体系中分离得到多肽或蛋白质的单晶；

其中，所述熟化的过程中升温或降温速度小于10℃/min，和/或，所述熟化的过程中熟化的时间至少为25min；

优选地，在熟化过程中，将温度以小于10℃/min的升温或降温速度达到某一温度，保持一段时间，即得到含有拟结晶物质的单晶和冻结态溶剂的混合体系；

优选地，在熟化过程中，将温度以任意升温或降温速度达到某一温度，熟化至少25min，即得到含有拟结晶物质的单晶和冻结态溶剂的混合体系；

优选地，在熟化过程中，将温度以小于10℃/min的升温或降温速度达到某一温度，熟化至少25min，即得到含有拟结晶物质的单晶和冻结态溶剂的混合体系。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

(a1)配制多肽或蛋白质的溶液，其中，配制所述溶液的溶剂为可冻结的溶剂；

(a2)对步骤(a1)的多肽或蛋白质的溶液进行冻结，熟化，制备得到含有多肽或蛋白质的无定型和冻结态溶剂的混合体系；任选地，

(a3)从步骤(a2)的含有多肽或蛋白质的无定型和冻结态溶剂的混合体系中分离得到多肽或蛋白质的无定型；

其中，所述熟化的过程中升温或降温速率大于等于10℃/min，所述熟化的过程中熟化的时间小于25min；

优选地，所述步骤(a2)，在熟化过程中，将温度以大于等于10℃/min的升温或降温速度达到某一温度熟化小于25min，即得到含有拟结晶物质的单晶和冻结态溶剂的混合体系。

4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，所述可冻结的溶剂包括但不限于水和/或有机溶剂；

优选地，所述多肽包括同聚肽或杂聚肽；

优选地，所述同聚肽包括直键肽或环状肽；所述杂聚肽包括色素肽、糖肽、脂肽或缩酮肽；

优选地，所述蛋白质包括简单蛋白质和结合蛋白质；

优选地，所述简单蛋白质包括清蛋白类、球蛋白类、组蛋白类、精蛋白类、谷蛋白类、硬蛋白类；

优选地，所述结合蛋白质包括糖蛋白类、核蛋白类、脂蛋白类、磷蛋白类、金属蛋白类和色素蛋白类；

优选地，所述多肽或蛋白质在溶剂中的溶解度为易溶、可溶、微溶或难溶。

优选地，所述多肽或蛋白质在溶剂中溶解的量为大于等于1×10^-7g/100g(所用溶剂)，例如大于等于0.001g/100g(所用溶剂)，如大于等于0.01g/100g(所用溶剂)，如大于等于0.1g/100g(所用溶剂)，如大于等于1g/100g(所用溶剂)，如大于等于10g/100g(所用溶剂)。

5.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，所述步骤(a2)具体包括如下步骤：

将步骤(a1)的多肽或蛋白质的溶液降温冻结成固体混合物，并任选地进行熟化处理，制备得到含有多肽或蛋白质的单晶或无定型物-冻结态溶剂的混合体系；

优选地，所述冻结是将步骤(a1)的多肽或蛋白质的溶液由液态转化为固态。

6.根据权利要求1-5任一项所述的方法，其特征在于，所述冻结的方法包括但不限于自然冷却冻结、压缩制冷设备降温冻结、半导体制冷设备降温冻结、液氮降温冻结、液氦降温冻结、液态二氧化碳降温冻结、液态氧降温冻结、液态乙烷降温冻结、干冰降温冻结、冰降温冻结等中的一种或几种降温冻结方法的组合；

优选地，所述冻结的过程包括但不限于快速降温、缓慢降温、分步降温、先升温后降温等中的一种或者几种冻结过程的组合；

优选地，所述冻结包括但不限于完全冻结，未完全冻结；

优选地，所述熟化过程即为多肽或蛋白质的溶液在保持冻结状态下停留一段时间。

7.根据权利要求1-6任一项所述的方法，其特征在于，在步骤(a3)中，所述分离是采用物理方式和/或化学方式将冻结成固体的溶剂自混合体系中分离出来；

优选地，所述的物理方式包括但不限于骤冷分离、升华(如真空升华)、溶解中的一种或几种方式的组合；

优选地，所述的化学方式包括但不限于化学反应、电解中的一种或几种方式的组合。

8.根据权利要求1-7任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括如下步骤：

(a4)收集步骤(a3)制备得到的单晶；

优选地，在步骤(a4)中，所述收集包括但不限于采用光学显微镜收集、扫描电子显微镜收集、双束电子显微镜收集、透射电子显微镜收集中的一种或几种的组合。

9.一种培养多肽或蛋白质单晶的方法，其特征在于，所述方法包括权利要求1-8任一项所述制备单晶的方法；

所述培养多肽或蛋白质单晶的方法还包括如下步骤：

(b1)将上述制备的多肽或蛋白质的单晶转移到多肽或蛋白质的母液中进行培养；

(b2)对步骤(b1)的单晶进行收集。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在步骤(b1)中，所述的转移可以是将步骤(a2)的含有拟结晶物质的单晶-溶剂的混合体系转移到拟结晶物质的母液中进行单晶培养；或者所述的转移是将步骤(a3)的去除溶剂后的单晶直接转移到多肽或蛋白质的母液中进行单晶培养；或者是将步骤(a4)收集到的单晶转移到多肽或蛋白质的母液中进行单晶培养；

优选地，所述的转移包括但不限于光学显微镜移取、扫描电子显微镜移取、双束电子显微镜移取、透射电子显微镜移取中的一种或几种的组合；

优选地，在步骤(b1)中，所述单晶的培养方法包括但不限于蒸发法、降温法、扩散法中的一种或几种的组合；

优选地，在步骤(b2)中，所述收集包括但不限于采用光学显微镜收集、扫描电子显微镜收集、双束电子显微镜收集、透射电子显微镜收集中的一种或几种的组合。