据美国物理学家组织网近日报道,纽约大学理工学院科学家受特氟龙材料的启发,制造出一种能在高温下保持活性和功能的氟化蛋白质,极具应用前景,能广泛用于工业洗涤剂、国防和医疗等多个领域。
特氟龙是聚四氟乙烯的简称,一般称为“不粘涂层”,是一种用氟取代聚乙烯中所有氢原子的高分子合成材料,具有抗酸碱、抗各种有机溶剂和耐高温的特点,普遍用于厨房锅灶涂层,给人们带来了“不粘锅”。
特氟龙这种氟化高分子材料能使表面固化,受此启发,纽约大学理工学院化学与生物科学副教授金•蒙克莱尔领导的研究小组,开创了一种能增强蛋白质界面的工艺过程。他们利用基因工程技术,吸引了一种细菌来附着在氨基酸(构成蛋白质的基本单位)上,再加入氟发生化学反应,让它们能抵抗分解破坏,由此形成一种名为对氟苯丙氨酸(p-fluorophenylalanine,pFF)的氟化蛋白质。这种蛋白质具有类似于特氟龙的耐热性能,在60摄氏度的高温下仍可保持结构稳定,活性和功能也没有丝毫减弱。而在同样温度下,天然蛋白质分子中的氢键会断裂,导致结构改变而发生蛋白质变性。
蒙克莱尔解释说:“无论在生物体内还是在实验室里,蛋白质面临的最大挑战是必须在特定条件下才能发挥其功能,条件不合适就很容易分解变性。如果能找到一种稳定的蛋白质,在多种不同条件下还保持其活性和功能,将为科学家和生产者开启研究和应用的新领域。”
“自然界里不会产生氟化氨基酸,但我们能在实验室里造出来。”蒙克莱尔说,许多蛋白质要求的存储条件也很严格,常要用冰箱存放以预防它们的结构破坏变性,丧失功能活性。他希望能提高蛋白质的耐受程度,并拓宽它们所需的存储条件。
研究人员还表示,实验的下一步是对氟化蛋白质的耐受界限进行测试,并希望能把这种稳定效果扩展到更多种蛋白质上。
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本文以某制药产线的灌装机设备为研究对象,采用计算流体动力学(CFD)仿真技术对充氮装置的充氮性能进行分析,并结合分析结果对氮幕结构进行了优化设计。随后,针对优化方案进行性能仿真验证,结果显示优化后的顶空残氧量降低至0.252%。为了进一步验证优化方案的实际效果,将优化方案应用于实际产线进行性能测试,测得的顶空残氧量为0.68%,这一结果满足了小于1%的要求,表明其充氮保护性能已达到国际先进水平。
作者:王志刚、刘依宽、刘佳鑫
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