由于塑料污染的持续加重，以及近年来世界各地禁塑限速政策的不断实施，可降解生物塑料引起了全世界越来越多的兴趣。然而，开发工艺简单、机械性能强、生物相容性好、理化性能可调的生物塑料是一个挑战。鉴于此，长春应用化学研究所张洪杰院士团队引入结构蛋白作为构建模块，开发了一种简单的环境友好的方法来制造各种蛋白质基塑料。

研究人员通过大肠杆菌的分批发酵生产生物材料，开发了一种高水平、低成本的生产方法。这些生物塑料具有超塑性、生物相容性、生物降解性和高耐有机溶剂性。它们的结构和机械性能可以精确控制。此外，生物塑料系统还实现了高密度信息存储和止血应用。

文中研究人员选择了两种富含赖氨酸的生物工程蛋白质用于制造生物塑料。未折叠结构蛋白（ELP）来源于类弹性蛋白多肽，由随机卷曲序列（VPGKG）72组成，展开结构对于提高生物塑料的韧性和柔韧性非常重要。折叠结构蛋白（SRT）由鱿鱼蛋白晶体片段（PAATAVSHTTHHAP）和ELP序列（VPGKG）5组成，前者富含丙氨酸，形成由氢键稳定的β-片结构，这可能有助于蛋白质材料的机械强度和刚度。它们都在大肠杆菌中表达，表达蛋白经十二烷基硫酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳（SDS-PAGE）纯化和鉴定。接下来，生产生物塑料需要一个简单的脱水或凝胶过程。值得注意的是，生物塑料的硬度可以通过添加甘油来调节。制造过程中混合溶液中甘油的存在有助于软质生物塑料的生产。此外，通过湿法纺丝，在凝固浴中与戊二醛进行二次反应，可用于生物纤维的制备。

蛋白质塑料制造示意图

硬质生物塑料在非极性溶剂（包括正己烷、环己烷、甲苯和乙酸乙酯）中表现出超稳定性，即使在培养24小时后，尺寸和重量的塑性变化也可以忽略不计。相比之下，生物塑料在水中膨胀严重。在水中培养24小时后，直径和重量分别增加了130%和1000%左右。此外，溶剂处理的生物塑料在空气中干燥，与新鲜塑料相比，风干生物塑料的直径和重量分别减少了不到5%和7%，证实了其对蛋白质塑料的优异回收能力。为了研究生物塑料的生物降解性，弹性蛋白酶被用于体外降解生物塑料，在24小时弹性蛋白酶降解过程后，软质和硬质生物塑料均完全降解。

蛋白质塑料的化学稳定性和生物降解性

相关工作近期以题为“Biosynthetic structural proteins with super plasticity, extraordinary mechanical performance, biodegradability, biocompatibility and information storage ability”发表在《Angewandte Chemie International Edition》上，可定制的生物塑料在许多领域都有巨大的应用潜力，并且能够扩展到工业水平。