利用热和压力通过水相溶剂化形成重组蜘蛛丝材料

这种溶解重组蜘蛛丝的方法能够制备出使用传统强有机溶剂无法获得的材料形态。此外，该过程具有可扩展性，可得到简单的水溶性蛋白质溶液。通过采用此方法，所形成或制备的材料能够保持蜘蛛丝蛋白的理想特性。

这种用于重组蜘蛛丝蛋白的溶解技术，可实现重组蜘蛛丝蛋白的一步溶解。该方法具有优势，因为这类 notoriously 难以生产的蛋白质不会因复杂的处理过程而损失。此外，由于溶液仅由蛋白质和水组成，因此可根据应用需求添加其他具有生物活性的化合物。

特别是蛋白质结构与功能之间的关系，该系统在利用水和高浓度蛋白质形成纤维方面，模拟了蜘蛛制造纤维的方式。通过使用这种溶解方法及后续的材料形成过程，应有可能深入了解所形成的材料及其结构基础。据认为，该技术可用于溶解合成肽，而这些肽通常需要碱性或酸性环境才能溶解。

这对这些肽的后续应用可能是有利的。此外，许多已知蛋白质在合成表达时往往存在于不溶性组分中。重新溶解并复性这些蛋白质通常是一个费力的过程，且会导致大量损失。

利用该技术，可能提高不溶性蛋白质回收过程的效率。将密封小瓶放入微波炉中存在一定风险，因为可能因过热而导致小瓶过度加压，令人担忧。理解分阶段施加热量和压力的方法至关重要。

其次，对于重组蜘蛛丝蛋白而言，盐的存在会阻碍该技术的实施效果，具体影响程度取决于盐的含量。去除盐分至关重要。操作时需保持耐心和谨慎，密切监测样品瓶内的微波时间和温度。

这一点至关重要，因为操作过程中涉及多个动态环节，而这些环节往往难以通过传统的书面材料和方法部分进行充分传达。鉴于许多蛋白质存在溶解度问题，从而阻碍了对其开展充分的研究，该方法有望应用于多种蛋白质体系，以改进甚至实现分析技术与表征工作。首先，选择一个洁净且全新的、可高压灭菌的八毫升硼硅酸盐玻璃培养瓶，配带橡胶衬里的螺口盖，并将空瓶置于分析天平上。

将空瓶的质量归零，使天平显示为零质量。向空瓶中加入所需量的冻干重组蜘蛛丝蛋白粉末，用于特定材料。然后向瓶中加入至少两毫升的超纯水。

密封小瓶盖，剧烈涡旋振荡内容物，以形成分散且均匀的重组蜘蛛丝蛋白混合物。最后检查小瓶盖，确保其已牢固且紧密地拧紧。随后，将悬浮的重组蜘蛛丝蛋白混合物转移至功率范围为700至1500瓦的常规微波炉中。

手动开关微波炉，以全功率进行每次5秒的间歇处理。每次间歇后，短暂打开微波炉门，小心混匀反应管，防止沉淀产生，并保持悬浮状态。偶尔让反应管和溶液冷却，避免过热溶液接触密封处。

使用红外温度计测量小瓶中溶液部分的温度。重复微波处理过程，直至温度达到至少130摄氏度，并且所有固体颗粒完全溶解。然后，使溶液及小瓶盖的温度冷却至100摄氏度以下。

在溶液完全冷却之前，将其从西林瓶倒入特定几何形状的模具中以形成水凝胶。水凝胶形成后，将其放入水浴中，然后转移至零下20摄氏度的冰箱中。等待水浴完全冻结。

将冷冻的水凝胶和水浴从冰箱中取出，于25摄氏度下解冻，完成海绵形成过程。然后将所得海绵从解冻后的水中取出。制备冰凝胶时，将冷冻的水凝胶样品转移至冷冻干燥机中。

24小时后，将最终的冻干凝胶材料从容器中取出。为制备重组蜘蛛丝蛋白薄膜，将200微升来自小瓶的热溶解重组蜘蛛丝蛋白溶液浇铸到所需形状的PDMS模具上。待其干燥后，从PDMS基底上剥离下来用于测试或处理。

为了制备无法从基底上去除的涂层，使用喷笔喷雾器将溶解的重组蜘蛛丝蛋白喷涂到所选基底上，进行初步的喷涂处理。待其干燥后，将已涂覆的基底浸入溶解的重组蜘蛛丝蛋白溶液中，形成浸涂涂层。重复浸涂步骤以达到所需的涂层厚度。

制备胶粘剂时，使用移液器将溶解的重组蜘蛛丝蛋白加到基底上，然后在溶液上方覆盖第二块基底。将两块基底紧密夹紧，随后在温度不低于25°C的烘箱中干燥至少16小时。为制备湿法纺丝纤维，使用19号滑动针头，将溶解的纺丝液装入带有鲁尔锁接头的同心注射器中。

排出气泡，并使铸膜液停留在注射器鲁尔锁端。将至少25毫米长的PEEK管插入PEEK管的单件式手紧接头中，用于外径1/16英寸和32分之10的组合。将19号针头从注射器的鲁尔锁母接头上取下，换上此装置。

然后，将腈纶手套套在中间导丝盘的外侧，以防止生成的纤维打滑，并避免损坏电机。准备一个较高的透明玻璃浴槽，内盛99%纯度的异丙醇，用作凝固浴。在第一道拉伸浴槽中加入体积比为80:20的异丙醇与蒸馏水混合液。

在第二道拉伸浴中，配制异丙醇与蒸馏水体积比为20至80的混合溶液。在计算机上设置导丝辊拉伸系统。为调节纤维引出的主速度，根据纤维成形的质量和速度，将导丝辊三辊组A的速度滑动条调整至10至14毫米每秒之间的某一数值。

通过将三辊拉伸比装置B的滑动条调至2，启动第一次拉伸，作用于第一拉伸浴中的末级导辊、中间上导辊以及第二拉伸浴中的第一导辊。通过将三辊拉伸比装置C的滑动条调至2，启动第二次拉伸，作用于第二拉伸浴中的末级导辊、最后一个上导辊以及卷绕机。该设置可确保凝固浴后的第一导辊与第一拉伸浴中的第一导辊以相同转速旋转。

接下来，将丝素溶液装入定制纺丝装置的注射器中。在自动化系统中，设定挤出速率为10毫米每秒，以将丝素溶液挤入装有异丙醇的玻璃凝固浴中。待纤维挤出过程稳定均匀后，用细金属钩将纤维从凝固浴中拉出。

确认将纤维从浴槽中取出后，在PEEK管尖端与纤维离开浴槽的路径之间形成一个环。引导回收的纤维依次通过一系列导丝辊，使纤维在拉伸浴槽中保持浸没状态，而在拉伸浴槽之间的空气中以及卷绕前进行干燥。本方案通过重组蛛丝蛋白的溶解，可制备多种形态的材料。

本文展示了七种材料形态：水凝胶、干凝胶、海绵、粘合剂、涂层、薄膜和纤维。其中纤维需要最为复杂的加工过程，需挤出至凝固浴中形成初生纤维，再通过后续的拉伸浴进行连续拉伸处理。

鉴于蛋白质和水溶液被加热至相对较高的温度和压力，我们的经验表明，在蛋白质溶解时溶液已处于无菌状态。因此，只要操作得当，本文所介绍的任何材料形态均可用于细胞培养，以研究细胞对这些材料的响应。该技术无疑已促成了新型材料形态的发现，包括粘合剂和海绵状材料。

这些材料形态并非一定以纤维形成为导向，尽管纤维形成也是通过该技术发展而得到改进的领域之一。在密闭小瓶内产生热量和压力具有内在危险性。进行这些操作时，务必佩戴个人防护装备。