Trong tương lai, các hệ thống vật liệu chức năng ñược phát triển cho công nghệ sinh học nano hoặc công nghệ nano có thể gồm protein (hình 27). Chúng tham gia vào quá trình lắp ráp, chế tác và chắc chắn, trong cấu trúc sản phẩm cuối cùng, mang lại các chức năng ñặc biệt, có thể ñiều khiển tương tự các cấu trúc trong mô xốp và rắn sinh học. Trong lĩnh vực phỏng sinh học phân tử (molecular biomimetic, MB)- trong ñó kết
hợp hài hòa các lĩnh vực sinh học và vật lý truyền thống- có thể tạo ra các vật liệu lai ñược lắp ráp từ mức phân tử sử dụng các tính chất nhận biết và gắn ñặc biệt của protein với các chất vô cơ. MB mang lại ba giải pháp giúp ñiều khiển và chế tác cấu trúc nano quy mô lớn cũng như lắp ráp các vật liệu hai, ba chiều một cách có trật tự (hình 27).
Giải pháp thứ nhất là chọn lọc là thiết kế ở mức phân tử và di truyền các peptide, protein gắn chất vô cơ. ðiều này cho phép ñạt ñược khả năng ñiều khiển ở những mô thức nhỏ nhất.
Thứ hai, có thể sử dụng các protein này làm chất kết nối hay các tập hợp lắp ráp phân tử ñể liên kết thực thể phân tử, bao gồm hạt nano, polymer chức năng hoặc các cấu trúc khác trên khuôn phân tử.
Hình 27. Khả năng sử dụng của các protein gắn chất vô cơ: (a) thể liên kết ñể cố ñịnh hạt nanọ (b) các phân tử chức năng lắp ráp trên cơ chất ñặc biệt. (c) thể kết nối ña năng gồm 2 protein tiếp giáp với các ñơn vị vô cơ nanọ NSL, thể kết nối không ñặc hiệu [Theo 109].
Giải pháp thứ ba là tự lắp ráp và/hoặc ñồng lắp ráp các phân tử sinh học thành cấu trúc nano có trật tự. ðiều này ñảm bảo một quá trình lắp ráp tinh vi ñể tạo ra các cấu trúc nano phức tạp, và có thể là các cấu trúc có thứ bậc, tương tự trong tự nhiên.
Hình 28. Tiềm năng ứng dụng của MB trong công nghệ nano và công nghệ sinh học nano sử dụng các polypeptide biến ñổi di truyền gắn chất vô cơ [Theo 38].
Chỉ một vài polypeptide ñã ñược xác ñịnh là gắn ñặc hiệu với các chất vô cơ. Chúng hầu hết là các protein khoáng hóa sinh học, tiết ra từ mô rắn (hard tissue) sau khi ñược phân tách, tinh chế và tách dòng. Mặc dù cách tiếp cận này khó, tốn thời gian và có nhiều giới hạn lớn, một số protein tách theo cách này ñã ñược sử dụng như enzyme ñể tổng hợp các chất vô cơ nhất ñịnh. Cách tiếp cận phổ biến hơn là thu polypeptide gắn chất hữu cơ nhờ các kỹ thuật sinh học. Trong cách tiếp cận này, một lượng lớn, thư
viện ngẫu nhiên ñược sàng lọc ñể xác ñịnh các trình tự ñặc hiệu gắn tốt với vật liệu hữu dùng trong thực nghiệm.
ðạt ñược ñiều này sẽ là một nhảy vọt phi thường, với khả năng tạo ra các khối cấu trúc nano trong ñó protein và tính chất gắn của nó ñược tạo ra nhờ kỹ thuật DNA trong khi thành phần vô cơ mang các chức năng ñặc biệt (như ñiện, quang, từ). Các polypeptide gắn này (hay các protein nhỏ) ñược gọi là các protein kỹ thuật di truyền cho chất vô cơ [38].