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KibronLB膜分析儀研究自組裝肽在制造定制螺旋狀納米結構中的應用
來源： 瀏覽 198 次 發(fā)布時間:2024-11-29
研究簡介：本文主要研究了自組裝肽（SAPs）在制造定制螺旋狀納米結構中的應用，這些結構在生物醫(yī)學和納米技術領域具有潛在應用。研究團隊利用SARS-CoV-2融合肽，通過界面組裝和單軸壓縮在Langmuir-Blodgett槽中精確控制納米結構的形態(tài)和尺寸。實驗結果表明，通過調整界面壓力，可以精細調控螺旋結構的曲率和纖維間距，從而實現(xiàn)從隨機聚集體到有序螺旋狀結構的轉變。本研究強調了分子設計的重要性，通過原子力顯微鏡、中子反射測量、界面剪切流變學和紅外光譜等技術，揭示了融合肽序列變化對自組裝過程的影響。研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)P1和FP2兩種肽由于其不同的二級結構和分子間相互作用，展現(xiàn)出不同的自組裝行為。FP1形成的纖維較為直且剛性，而FP2則形成具有明顯曲率的螺旋結構。通過改變壓縮比，可以進一步調節(jié)纖維的形態(tài)，為制造具有特定功能的納米結構提供了新的方法。本研究還展示了如何將這些螺旋狀結構作為模板，通過金屬鹽溶液處理和UV/O3還原，制造出金屬復制品。這一發(fā)現(xiàn)不僅加深了我們對肽自組裝的理解，也為開發(fā)新型功能性納米材料提供了新途徑。通過這種多技術方法，研究人員能夠在厘米級面積上制造出亞10納米尺寸的納米結構，這在現(xiàn)有的光刻技術中是難以實現(xiàn)的?？偟膩碚f，這項研究為精確控制納米結構的自組裝提供了新的策略，并為未來的納米技術應用開辟了新的可能性。
Kibron膜分析儀的的應用
使用Langmuir槽（型號G2，KIBRON芬蘭）獲得表面壓力(∏)–面積(A)等溫線。FP1和FP2肽以0.5mg mL-1的濃度分散在DMSO中。隨后，LB槽充滿去離子水（Milli-Q，Millipore；電阻率高于18 MW；有機物低于1 ppb）。接下來，使用漢密爾頓測微注射器將DMSO(150μL)中的相應肽溶液鋪展到下相(250 mL)上。DMSO蒸發(fā)后，使用連接到電天平的Wilhelmy板監(jiān)測由Langmuir槽的屏障施加的機械單軸壓縮（以8cm 2 min-1的壓縮速度）期間的表面壓力變化。整個實驗過程中亞相溫度保持在21.0±0.5°C。達到所需的表面壓力（分別為3、10、20和30 mN m-1）后，將LB肽膜轉移到云母基底上（撤回速度設置為0.5 mm min-1）。Kibron的膜分析儀用于控制和監(jiān)測肽在空氣-水界面的自組裝過程，以及通過精確的單軸壓縮來調整肽纖維的形態(tài)和排列，使得研究人員能夠制造出具有特定形態(tài)和功能的納米結構。
實驗結果
證明了病毒融合肽序列在朗繆爾槽內從納米原纖維形成彈性螺旋狀結構的卓越能力。此外通過控制空氣-水界面的壓縮力，獲得了具有特定曲率和纖維間距離的納米原纖維。單軸壓縮也證明了流體到固體的轉變，導致凝膠網絡的形成，如剪切流變學所證明的那樣。這里介紹的制造方法引入了單軸收縮方法，作為制造高度均勻的肽纖維單層并將其轉移到固體基質上的穩(wěn)健而有效的方法。最后螺旋狀結構用作制造金金屬復制品的模板。這種多技術方法不僅加深了對肽自組裝的理解，而且揭示了工程功能納米材料的新場景。
圖1、實驗方法的示意圖總結。A)將肽溶液制備成DMF。B)在空氣-水界面處沉積并使用LB裝置進行壓縮。C)轉移到云母基材上。D)用金屬鹽選擇性浸漬并用UV/O3去除肽。
圖2、A)FP1和FP2肽的化學結構。FP1（B和D）和FP2（C和E）肽LB膜的AFM顯微照片分別在無壓縮（B和C）和20 mN m-1（D和E）的情況下轉移到新鮮切割的云母基底上。F,G)導致纖維形成的肽β-折疊二級結構的示意圖。H)在這項工作中研究的樣品的LDIR光譜。I)將酰胺I帶解卷積為其主要成分。
圖3、A)在空氣/水界面上鋪展的FP2肽的壓縮等溫線π–A以及在3、10、20和30 mN m?1下獲得的LB肽膜的AFM顯微照片（分別為B、C、D和E））。
圖4、A)用于擬合NR數(shù)據(jù)的模型示意圖。B)10、C)20和D)30 mN m-1處界面的密度分布。E）通過NR獲得的纖維的總厚度。F)界面剪切流變測量。G)通過分析AFM圖像獲得纖維的間距和曲率。
圖5、A)原始FP2肽在20 mN m-1表面壓力下在云母基底上的AFM顯微照片，B)浸入HAuCl4溶液30分鐘后的照片，以及C)在隨后的UV/O3降解處理后的照片。D)示意圖顯示了肽纖維和金前體鹽在水溶液中的相互作用。原始FP2肽的E)N 1s和F)Au 4f（黑點）以及無機摻入和UV/O 3降解后（綠點）的高分辨率XPS。
總結
自組裝肽(SAP)是創(chuàng)建分層納米結構的通用構建模塊。盡管SAP承諾對組裝形態(tài)和尺寸進行精確控制，但實驗驗證仍然至關重要。從這個意義上說，最近的研究重點是納米螺旋結構，它模仿自然結構，并具有生物醫(yī)學和納米技術應用的潛力。在此，證明SARS-CoV-2融合肽能夠使用界面組裝作為制造方法形成特定的螺旋狀結構，并通過由于單軸壓縮而施加的界面流對螺旋系綜進行微調。為了形成組裝的納米原纖維結構，使用LB槽將這兩種融合肽沉積在空氣-水界面上。使用原子力顯微鏡（AFM）和傅里葉變換紅外光譜（FTIR）獲得了壓縮時形成的螺旋狀納米結構的結構信息。LB膜分析儀在本研究中提供了一個精確控制和監(jiān)測肽自組裝過程的平臺，使得研究人員能夠制造出具有特定形態(tài)和功能的納米結構，這對于納米技術和材料科學領域的研究具有重要意義。此外，還采用中子反射計(NR)和剪切流變學測量來跟蹤裝配過程。由此產生的螺旋狀結構隨后被用作制造金屬復制品的模板，為其在光學和納米制造技術中的潛在應用鋪平了道路。這些螺旋結構隨后被修改為金屬復制品的模板，擴大了肽引導自組裝在制造在cm2面積上具有亞10 nm尺寸的定制納米結構表面的潛力。