由生物钟蛋白控制的定时材料自组装

活性生物分子提供了一种强大却很大程度上未被开发的机遇，可赋予材料自主调控能力。由于这些系统能稳健地调控化学反应发生的时间与位置，它们有能力为合成材料带来复杂的、类生命行为。在此，我们通过使用功能化生物钟蛋白 KaiB 和 KaiC 来设计胶体随时间依赖的交联，从而实现这一设计创举。所得材料通过 KaiB-KaiC 复合物的分子组装，以可编程动力学自组装，产生材料性质的宏观变化。我们表明胶体交联严格依赖于 KaiC 的磷酸化状态，其动力学与 KaiB-KaiC 复合物形成相同步。我们的显微图像分析和计算模型表明，胶体超结构的稳定性敏感地依赖于每个胶体连接上 Kai 复合物的数目。与我们的模型预测一致，高浓度在稳健的自组装阶段后使材料免于溶解，而低浓度允许材料结构发生昼夜振荡。本工作引入了利用生物计时器控制合成材料的概念；更一般地，为使用基于蛋白质的反应网络赋予合成系统类生命功能特性打开了大门。