肽自组装纳米纤维水凝胶具有良好的生物相容性和类细胞外基质的结构,在组织工程和再生医学中展现出良好的应用前景。但目前存在机械强度差、细胞活性弱、可降解性差等亟待解决的问题。酶催化反应条件温和、特异性强,酶促共价的凝胶性质稳定,机械强度高,是目前调控凝胶性能极具潜力的手段。谷氨酰胺转氨酶（TGase）作为具有良好体外活性的连接酶,可催化谷氨酰胺（Q,Gln）与赖氨酸（K,Lys）残基形成异肽键,已被用于新材料的制备。精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸（RGD,Arg-Gly-Asp）三肽作为细胞膜整合素受体与细胞外配体结合的识别位点,在细胞与细胞、细胞与胞外基质蛋白的相互作用中发挥着重要作用。本研究将多肽自组装与酶促反应相结合,利用TGase的催化特性构建了在纤维表面共价生物活性配体RGD的肽自组装水凝胶,分析了酶促反应位点和多肽组装基元对酶促凝胶的影响,表征了功能化凝胶的性能,并发掘了其在骨组织修复和药物运输方面的应用。自组装短肽I₃K（Ac-I₃K-NH₂）、I₄K₂（Ac-I₄K₂-NH₂）、KI₄K（Ac-KI₄K-NH₂）在Tris-HCl缓冲液中形成纳米纤维或纳米管的结构,其亲水残基分布于组装体的表面。在TGase存在下,作为酶促反应的底物可与设计的功能化短肽Ac-Q_（1,3）GRGDS-COOH等共价交联,在组装体中引入生物活性配体RGD。同时,I₃K与I₄K₂体系加酶后可发生溶液向凝胶的转变。高效液相色谱和质谱数据证明凝胶中存在多种交联产物,故凝胶的形成是分子共价交联导致溶液性质改变造成的。设计反应位点个数、位置不同的功能化短肽Ac-Q_（1,3）GRGDS-COOH/-NH₂、Ac-Q_（1,3）GRGDSGQ_（1,3）-COOH/-NH₂考察了TGase对底物的识别特性,发现TGase对K选择性较低,对Q选择性较高,这为TGase底物的设计与选择奠定了基础。与非共价力作用的短肽水凝胶相比,TGase催化的功能化水凝胶在机械强度方面具有一定优势。成胶动力学的表征发现凝胶的强度与肽的自组装时间和酶促识别位点有关。组装24 h终浓度为3.64 mM的I₄K₂与Q3-C（Ac-Q₃GRGDS-COOH）分子在30 min内可形成储能模量G’约为1800 Pa的水凝胶。酶促共价后,自组装短肽I₃K、I₄K₂的纳米纤维出现聚集,成束状或块状交织成网络;KI₄K在同样浓度下则因形成环状分子发生纳米管的解组装无法形成凝胶。这为选择酶催化凝胶组装基元方面提供了思路。同时,荧光标记法等结果验证了凝胶中功能化短肽在I₄K₂纤维表面的分布,即酶促反应实现了纤维表面的修饰。细胞和免疫相关实验证明了基于纳米纤维的I₃K和I₄K₂功能化凝胶基本无毒且具有良好的生物相容性和较高的细胞粘附活性。I₄K₂功能化凝胶可实现细胞-材料间的应答,诱导MC-3T3（小鼠颅顶前成骨细胞）的迁移,促进碱性磷酸酶（ALP）和骨分化相关基因（OPN、Cbfα1等）早期的表达;I₃K功能化凝胶实现了对抗菌抗肿瘤药物的高效封装和持续释放。基于两亲性短肽和酶促反应带来的优势,该功能化水凝胶将有望在组织工程和生物医学领域得到较好的应用。