Strong underwater adhesives made by self-assembling multi-protein nanofibres

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作者
Chao Zhong,Thomas Gurry,Allen A. Cheng,Jordan Downey,Zhengtao Deng,Collin M. Stultz,Timothy K. Lu
出处
期刊:Nature Nanotechnology [Nature Portfolio]
卷期号:9 (10): 858-866 被引量:424
标识
DOI:10.1038/nnano.2014.199
摘要

Many natural underwater adhesives harness hierarchically assembled amyloid nanostructures to achieve strong and robust interfacial adhesion under dynamic and turbulent environments. Despite recent advances, our understanding of the molecular design, self-assembly and structure–function relationships of these natural amyloid fibres remains limited. Thus, designing biomimetic amyloid-based adhesives remains challenging. Here, we report strong and multi-functional underwater adhesives obtained from fusing mussel foot proteins (Mfps) of Mytilus galloprovincialis with CsgA proteins, the major subunit of Escherichia coli amyloid curli fibres. These hybrid molecular materials hierarchically self-assemble into higher-order structures, in which, according to molecular dynamics simulations, disordered adhesive Mfp domains are exposed on the exterior of amyloid cores formed by CsgA. Our fibres have an underwater adhesion energy approaching 20.9 mJ m−2, which is 1.5 times greater than the maximum of bio-inspired and bio-derived protein-based underwater adhesives reported thus far. Moreover, they outperform Mfps or curli fibres taken on their own and exhibit better tolerance to auto-oxidation than Mfps at pH ≥ 7.0. Strong underwater adhesive fibres are self-assembled by fusing mussel foot proteins with an amyloid-based protein.
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