[发明专利]生物硅-粘附蛋白纳米复合材料：合成和在牙科中的应用

说明书

发明背景

硅石作为分子筛的组分、作为食品添加剂、载体、稳定剂(如在牙膏 中)以及作为半导体装置的绝缘体，广泛用于工业和医药中，如用于制造 玻璃、陶瓷、涂料、胶粘剂以及催化剂。硅石在纳米(生物)技术中也是重 要的材料。硅石的生产工艺大多要求高温条件以及极端的pH。值得注意 的是，某些单细胞或多细胞有机体，包括硅藻、多孔动物以及高等植物， 在周围低温、低压以及近中性pH条件下，能形成它们的硅石骨架。另外， 这些有机体骨架元件的产生是高保真性的且拷贝数巨大，因此，使得这 些有机体以及解释它们的目的骨架形成的机制可用于制造具独特特性的 新生物硅(biosilicas)。

海洋和淡水多孔动物具有酶促合成硅石(生物硅)的独特能力。这种能 力使得多孔动物受到(纳米)生物技术的高度关注。迄今，用于生产硅石(玻 璃)的方法需要高温、高压以及侵蚀性化学制品的存在。多孔动物能在生 物学的以及环境无害的条件下高精确度和高重复性地通过酶(生物催化剂) 合成硅纳米结构。

硅质多孔动物骨架的主要元件是针样骨针，其由寻常海绵纲 (Demospongia)和六放海绵纲(Hexactinellida)内的无定形非晶体硅石组成。

骨针形态和骨针生物起源的现有技术描述于：Uriz et al.(2003)Progr Molec Subcell Biol 33：163-193；Müller et al.(2003)Progr Molec Subcell Biol 33：195-221。多孔动物骨针的蛋白石硅石(opal sinica)含有6-13％的水， 对应于式(SiO₂)_2-5·H₂O(Schwab & Shore(1971)Nature 232：501-502)。寻常 海绵纲类生物骨针的形成开始于轴丝周围，硅石在轴丝的周围酶促沉积。

已经描述了在形成硅石的有机体中与SiO₂骨架的合成和/或降解有关 的两种酶以及它们的技术应用。

第一种酶是存在于多孔动物骨针(针)轴丝中的α-硅酸盐蛋白 (silicatein-α)(也称为硅酸盐蛋白)(PCT/US99/30601：Methods，compositions， and biomimetic catalysts，such as silicateins and block copolypeptides，used to catalyze and spatially direct the polycondensation of silicon alkoxides， metal alkoxides，and their organic conjugates to make silica，polysiloxanes， polymetallo-oxanes，and mixed poly(silicon/metallo)oxane materials under environmentally benign conditions(在环境无害的条件下，用于催化和在空 间上指导硅醇盐(silicon alkoxides)、金属醇盐(metal alkoxides)和它们的有 机共轭物的缩聚以制备硅石、聚硅氧烷(polysiloxanes)、聚金属氧烷 (polymetallo-oxanes)以及混合的聚(硅/金属)氧烷材料的方法、组合物和 仿生催化剂，如硅酸盐蛋白和嵌段共聚多肽)。发明人/申请人：Morse DE， Stucky GD，Deming，TD，Cha J，Shimizu K，Zhou Y；DE 10037270 A1。 Silicatein-vermittelte Synthese von amorphen Silicaten und Siloxanen und ihre Verwendung.发明人/申请人：Müller WEG，Lorenz B，Krasko A，  HC；European Patent No.1320624(欧洲专利号1320624)。 Silicatein-mediated synthesis of amorphous silicates and siloxanes and use thereof(硅酸盐蛋白介导的无定形硅酸盐和硅氧烷的合成及其用途)。发明 人/申请人：Müller WEG，Lorenz B，Krasko A， HC；国家阶段： US2003134391；第20030407号；日本第2002-516336号；中国第1460110T 号；加拿大第2,414,602号；澳大利亚第2001289713号)。已经从海洋硅 质多孔动物寄居蟹皮海绵(Suberites domuncula)克隆了这种酶(Krasko et al. (2000)Eur J Biochem 267：4878-4887)。硅酸盐蛋白能由有机硅化合物(烷 氧基硅烷)合成无定形硅石(聚硅酸和聚硅酸盐)(Cha et al.(1999)Proc Natl Acad Sci USA 96：361-365)。