Spatially Patterned, Porous Protein Crystals as Multifunctional Materials

化学 蛋白质结晶 纳米技术 多孔性 生物相容性 Crystal(编程语言) 动力控制 材料科学 催化作用 结晶 生物化学 有机化学 计算机科学 程序设计语言
作者
Kenneth Han,Zhi-Yin Zhang,F.A. Tezcan
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:145 (36): 19932-19944 被引量:1
标识
DOI:10.1021/jacs.3c06348
摘要

While the primary use of protein crystals has historically been in crystallographic structure determination, they have recently emerged as promising materials with many advantageous properties such as high porosity, biocompatibility, stability, structural and functional versatility, and genetic/chemical tailorability. Here, we report that the utility of protein crystals as functional materials can be further augmented through their spatial patterning and control of their morphologies. To this end, we took advantage of the chemically and kinetically controllable nature of ferritin self-assembly and constructed core–shell crystals with chemically distinct domains, tunable structural patterns, and morphologies. The spatial organization within ferritin crystals enabled the generation of patterned, multi-enzyme frameworks with cooperative catalytic behavior. We further exploited the differential growth kinetics of ferritin crystal facets to assemble Janus-type architectures with an anisotropic arrangement of chemically distinct domains. These examples represent a step toward using protein crystals as reaction vessels for complex multi-step reactions and broadening their utility as functional, solid-state materials. Our results demonstrate that morphology control and spatial patterning, which are key concepts in materials science and nanotechnology, can also be applied for engineering protein crystals.
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