研(yan)(yan)究(jiu)簡介：本文主(zhu)要研(yan)(yan)究(jiu)了(le)(le)(le)自(zi)(zi)組(zu)(zu)裝(zhuang)肽(tai)(tai)（SAPs）在(zai)(zai)制(zhi)造定制(zhi)螺旋狀納米(mi)結(jie)(jie)(jie)構(gou)(gou)中的應(ying)用(yong)(yong)，這些結(jie)(jie)(jie)構(gou)(gou)在(zai)(zai)生(sheng)物醫(yi)學和(he)(he)納米(mi)技(ji)(ji)術領域具(ju)有(you)潛(qian)在(zai)(zai)應(ying)用(yong)(yong)。研(yan)(yan)究(jiu)團隊(dui)利用(yong)(yong)SARS-CoV-2融合肽(tai)(tai)，通(tong)(tong)過(guo)界(jie)面(mian)(mian)組(zu)(zu)裝(zhuang)和(he)(he)單軸壓(ya)縮(suo)在(zai)(zai)Langmuir-Blodgett槽中精(jing)確(que)控(kong)制(zhi)納米(mi)結(jie)(jie)(jie)構(gou)(gou)的形(xing)(xing)態(tai)和(he)(he)尺寸。實驗(yan)結(jie)(jie)(jie)果表明，通(tong)(tong)過(guo)調(diao)整界(jie)面(mian)(mian)壓(ya)力，可以(yi)精(jing)細調(diao)控(kong)螺旋結(jie)(jie)(jie)構(gou)(gou)的曲率(lv)和(he)(he)纖(xian)維(wei)間距(ju)，從(cong)(cong)而(er)實現(xian)(xian)從(cong)(cong)隨機聚集體(ti)到有(you)序(xu)螺旋狀結(jie)(jie)(jie)構(gou)(gou)的轉變(bian)。本研(yan)(yan)究(jiu)強調(diao)了(le)(le)(le)分(fen)子(zi)設計的重要性，通(tong)(tong)過(guo)原子(zi)力顯微鏡、中子(zi)反(fan)射測量、界(jie)面(mian)(mian)剪切流變(bian)學和(he)(he)紅外光譜等(deng)技(ji)(ji)術，揭示了(le)(le)(le)融合肽(tai)(tai)序(xu)列變(bian)化對自(zi)(zi)組(zu)(zu)裝(zhuang)過(guo)程(cheng)的影響。研(yan)(yan)究(jiu)發現(xian)(xian)，FP1和(he)(he)FP2兩種肽(tai)(tai)由于其不(bu)同的二(er)級結(jie)(jie)(jie)構(gou)(gou)和(he)(he)分(fen)子(zi)間相互作(zuo)用(yong)(yong)，展現(xian)(xian)出不(bu)同的自(zi)(zi)組(zu)(zu)裝(zhuang)行為(wei)。FP1形(xing)(xing)成的纖(xian)維(wei)較為(wei)直且剛性，而(er)FP2則(ze)形(xing)(xing)成具(ju)有(you)明顯曲率(lv)的螺旋結(jie)(jie)(jie)構(gou)(gou)。通(tong)(tong)過(guo)改變(bian)壓(ya)縮(suo)比(bi)，可以(yi)進一步調(diao)節纖(xian)維(wei)的形(xing)(xing)態(tai)，為(wei)制(zhi)造具(ju)有(you)特定功能(neng)(neng)的納米(mi)結(jie)(jie)(jie)構(gou)(gou)提(ti)供(gong)了(le)(le)(le)新(xin)的方(fang)法。本研(yan)(yan)究(jiu)還展示了(le)(le)(le)如(ru)何將這些螺旋狀結(jie)(jie)(jie)構(gou)(gou)作(zuo)為(wei)模板，通(tong)(tong)過(guo)金屬鹽溶液處理和(he)(he)UV/O3還原，制(zhi)造出金屬復制(zhi)品。這一發現(xian)(xian)不(bu)僅加深了(le)(le)(le)我們對肽(tai)(tai)自(zi)(zi)組(zu)(zu)裝(zhuang)的理解(jie)，也(ye)為(wei)開發新(xin)型功能(neng)(neng)性納米(mi)材料提(ti)供(gong)了(le)(le)(le)新(xin)途徑。通(tong)(tong)過(guo)這種多技(ji)(ji)術方(fang)法，研(yan)(yan)究(jiu)人(ren)員能(neng)(neng)夠在(zai)(zai)厘(li)米(mi)級面(mian)(mian)積上制(zhi)造出亞10納米(mi)尺寸的納米(mi)結(jie)(jie)(jie)構(gou)(gou)，這在(zai)(zai)現(xian)(xian)有(you)的光刻技(ji)(ji)術中是難以(yi)實現(xian)(xian)的。總(zong)的來說，這項(xiang)研(yan)(yan)究(jiu)為(wei)精(jing)確(que)控(kong)制(zhi)納米(mi)結(jie)(jie)(jie)構(gou)(gou)的自(zi)(zi)組(zu)(zu)裝(zhuang)提(ti)供(gong)了(le)(le)(le)新(xin)的策略(lve)，并為(wei)未(wei)來的納米(mi)技(ji)(ji)術應(ying)用(yong)(yong)開辟了(le)(le)(le)新(xin)的可能(neng)(neng)性。

Kibron膜分析儀的的應用

使(shi)用(yong)Langmuir槽(cao)（型號G2，KIBRON芬蘭(lan)）獲(huo)得(de)表(biao)面壓力(li)(∏)–面積(A)等溫(wen)線。FP1和FP2肽以0.5mg mL-1的(de)(de)(de)(de)濃度(du)分散在DMSO中(zhong)。隨后(hou)，LB槽(cao)充滿去離子水（Milli-Q，Millipore；電阻率高于(yu)18 MW；有(you)機物(wu)低(di)于(yu)1 ppb）。接(jie)下來，使(shi)用(yong)漢密爾頓測微注射器將DMSO(150μL)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)相(xiang)應肽溶液鋪展到下相(xiang)(250 mL)上(shang)。DMSO蒸發后(hou)，使(shi)用(yong)連接(jie)到電天平的(de)(de)(de)(de)Wilhelmy板監測由(you)Langmuir槽(cao)的(de)(de)(de)(de)屏障施加(jia)的(de)(de)(de)(de)機械單軸(zhou)壓縮(suo)（以8cm 2 min-1的(de)(de)(de)(de)壓縮(suo)速度(du)）期(qi)間的(de)(de)(de)(de)表(biao)面壓力(li)變化。整個實驗過程中(zhong)亞相(xiang)溫(wen)度(du)保持在21.0±0.5°C。達到所需的(de)(de)(de)(de)表(biao)面壓力(li)（分別(bie)為3、10、20和30 mN m-1）后(hou)，將LB肽膜轉移到云母(mu)基底(di)上(shang)（撤(che)回速度(du)設置為0.5 mm min-1）。Kibron的(de)(de)(de)(de)膜分析儀用(yong)于(yu)控制和監測肽在空氣(qi)-水界面的(de)(de)(de)(de)自組裝過程，以及通(tong)過精確的(de)(de)(de)(de)單軸(zhou)壓縮(suo)來調整肽纖(xian)維(wei)的(de)(de)(de)(de)形(xing)態和排列，使(shi)得(de)研究人員(yuan)能夠(gou)制造(zao)出具有(you)特(te)定形(xing)態和功能的(de)(de)(de)(de)納(na)米結(jie)構(gou)。

實驗結果

證(zheng)(zheng)明了病毒融(rong)合(he)肽(tai)序(xu)列在朗繆爾槽內從納米原(yuan)纖(xian)維(wei)形(xing)成(cheng)彈(dan)性(xing)螺旋狀結構(gou)的(de)(de)(de)(de)(de)卓越能力。此外通過控制空氣-水(shui)界(jie)面的(de)(de)(de)(de)(de)壓縮力，獲得了具有特(te)定曲(qu)率和纖(xian)維(wei)間距離的(de)(de)(de)(de)(de)納米原(yuan)纖(xian)維(wei)。單軸壓縮也證(zheng)(zheng)明了流體(ti)到(dao)固體(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)轉(zhuan)變(bian)，導致凝膠網(wang)絡(luo)的(de)(de)(de)(de)(de)形(xing)成(cheng)，如剪切流變(bian)學所證(zheng)(zheng)明的(de)(de)(de)(de)(de)那(nei)樣。這(zhe)里介紹的(de)(de)(de)(de)(de)制造(zao)方(fang)(fang)法(fa)(fa)引入了單軸收縮方(fang)(fang)法(fa)(fa)，作(zuo)為制造(zao)高度均勻的(de)(de)(de)(de)(de)肽(tai)纖(xian)維(wei)單層(ceng)并將其(qi)轉(zhuan)移到(dao)固體(ti)基質上的(de)(de)(de)(de)(de)穩健而有效的(de)(de)(de)(de)(de)方(fang)(fang)法(fa)(fa)。最后(hou)螺旋狀結構(gou)用作(zuo)制造(zao)金(jin)金(jin)屬復制品的(de)(de)(de)(de)(de)模(mo)板。這(zhe)種(zhong)多技術方(fang)(fang)法(fa)(fa)不僅(jin)加(jia)深了對肽(tai)自組(zu)裝的(de)(de)(de)(de)(de)理解，而且(qie)揭示了工程功能納米材料(liao)的(de)(de)(de)(de)(de)新(xin)場景。

圖1、實(shi)驗方法的示(shi)意圖總結。A)將肽溶液制(zhi)備成DMF。B)在空氣-水界面處沉積(ji)并(bing)(bing)使(shi)用LB裝置進行壓(ya)縮。C)轉移到云母基材(cai)上。D)用金屬鹽選擇性浸漬并(bing)(bing)用UV/O3去除(chu)肽。

圖2、A)FP1和FP2肽的化學結構(gou)。FP1（B和D）和FP2（C和E）肽LB膜(mo)的AFM顯微照片分(fen)別在無壓縮(suo)（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(di)上。F,G)導致(zhi)纖維形成(cheng)的肽β-折疊二級結構(gou)的示意圖。H)在這項工(gong)作中研究的樣品的LDIR光譜。I)將酰(xian)胺I帶解卷積(ji)為其主要(yao)成(cheng)分(fen)。

圖3、A)在空(kong)氣/水界面(mian)上鋪展的(de)FP2肽的(de)壓縮等溫線π–A以及在3、10、20和30 mN m?1下獲得(de)的(de)LB肽膜的(de)AFM顯(xian)微照片（分別為B、C、D和E））。

圖4、A)用于擬合NR數據的(de)(de)模(mo)型示意圖。B)10、C)20和D)30 mN m-1處界(jie)面的(de)(de)密(mi)度分(fen)布。E）通過(guo)NR獲得的(de)(de)纖維的(de)(de)總厚度。F)界(jie)面剪切流變測量。G)通過(guo)分(fen)析(xi)AFM圖像獲得纖維的(de)(de)間距和曲率(lv)。

圖5、A)原(yuan)始FP2肽在20 mN m-1表(biao)面(mian)壓力下在云母基底上的(de)AFM顯微照片，B)浸入HAuCl4溶(rong)液30分鐘后(hou)的(de)照片，以及(ji)C)在隨后(hou)的(de)UV/O3降解處理后(hou)的(de)照片。D)示意圖顯示了肽纖維和(he)(he)金前體鹽在水(shui)溶(rong)液中的(de)相(xiang)互作(zuo)用。原(yuan)始FP2肽的(de)E)N 1s和(he)(he)F)Au 4f（黑點）以及(ji)無機摻入和(he)(he)UV/O 3降解后(hou)（綠點）的(de)高分辨率XPS。

總結

自(zi)組(zu)裝(zhuang)肽(tai)(SAP)是(shi)創建(jian)分層納(na)米(mi)結(jie)(jie)(jie)構(gou)(gou)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)通(tong)用(yong)(yong)構(gou)(gou)建(jian)模塊。盡管SAP承諾對(dui)組(zu)裝(zhuang)形態(tai)和尺寸(cun)進行精確(que)控(kong)制(zhi)(zhi)，但實驗(yan)(yan)驗(yan)(yan)證仍然至(zhi)關重要(yao)。從這(zhe)個(ge)意義(yi)上說，最近的(de)(de)(de)(de)(de)(de)研(yan)(yan)(yan)究(jiu)重點是(shi)納(na)米(mi)螺(luo)(luo)旋(xuan)結(jie)(jie)(jie)構(gou)(gou)，它模仿(fang)自(zi)然結(jie)(jie)(jie)構(gou)(gou)，并(bing)具(ju)有生(sheng)物(wu)醫學(xue)(xue)和納(na)米(mi)技術(shu)應(ying)用(yong)(yong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)潛力。在(zai)此(ci)，證明SARS-CoV-2融合肽(tai)能(neng)夠(gou)使(shi)用(yong)(yong)界(jie)面(mian)(mian)組(zu)裝(zhuang)作(zuo)為(wei)制(zhi)(zhi)造方(fang)法形成特定(ding)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)螺(luo)(luo)旋(xuan)狀結(jie)(jie)(jie)構(gou)(gou)，并(bing)通(tong)過由(you)于單軸壓縮(suo)而施加的(de)(de)(de)(de)(de)(de)界(jie)面(mian)(mian)流(liu)對(dui)螺(luo)(luo)旋(xuan)系(xi)綜進行微(wei)調。為(wei)了形成組(zu)裝(zhuang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)納(na)米(mi)原纖(xian)維結(jie)(jie)(jie)構(gou)(gou)，使(shi)用(yong)(yong)LB槽將(jiang)這(zhe)兩(liang)種融合肽(tai)沉(chen)積在(zai)空氣(qi)-水(shui)界(jie)面(mian)(mian)上。使(shi)用(yong)(yong)原子力顯微(wei)鏡（AFM）和傅里(li)葉變(bian)換紅(hong)外光譜(pu)（FTIR）獲得(de)了壓縮(suo)時形成的(de)(de)(de)(de)(de)(de)螺(luo)(luo)旋(xuan)狀納(na)米(mi)結(jie)(jie)(jie)構(gou)(gou)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)結(jie)(jie)(jie)構(gou)(gou)信(xin)息。LB膜分析儀在(zai)本研(yan)(yan)(yan)究(jiu)中(zhong)提(ti)供了一個(ge)精確(que)控(kong)制(zhi)(zhi)和監(jian)測肽(tai)自(zi)組(zu)裝(zhuang)過程(cheng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)平(ping)臺，使(shi)得(de)研(yan)(yan)(yan)究(jiu)人員能(neng)夠(gou)制(zhi)(zhi)造出具(ju)有特定(ding)形態(tai)和功(gong)能(neng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)納(na)米(mi)結(jie)(jie)(jie)構(gou)(gou)，這(zhe)對(dui)于納(na)米(mi)技術(shu)和材料(liao)科學(xue)(xue)領域的(de)(de)(de)(de)(de)(de)研(yan)(yan)(yan)究(jiu)具(ju)有重要(yao)意義(yi)。此(ci)外，還采用(yong)(yong)中(zhong)子反射計(ji)(NR)和剪切流(liu)變(bian)學(xue)(xue)測量來跟蹤裝(zhuang)配過程(cheng)。由(you)此(ci)產生(sheng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)螺(luo)(luo)旋(xuan)狀結(jie)(jie)(jie)構(gou)(gou)隨(sui)后被(bei)(bei)用(yong)(yong)作(zuo)制(zhi)(zhi)造金(jin)屬復(fu)制(zhi)(zhi)品(pin)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)模板，為(wei)其在(zai)光學(xue)(xue)和納(na)米(mi)制(zhi)(zhi)造技術(shu)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)潛在(zai)應(ying)用(yong)(yong)鋪平(ping)了道路。這(zhe)些螺(luo)(luo)旋(xuan)結(jie)(jie)(jie)構(gou)(gou)隨(sui)后被(bei)(bei)修(xiu)改(gai)為(wei)金(jin)屬復(fu)制(zhi)(zhi)品(pin)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)模板，擴(kuo)大(da)了肽(tai)引導自(zi)組(zu)裝(zhuang)在(zai)制(zhi)(zhi)造在(zai)cm2面(mian)(mian)積上具(ju)有亞10 nm尺寸(cun)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)定(ding)制(zhi)(zhi)納(na)米(mi)結(jie)(jie)(jie)構(gou)(gou)表面(mian)(mian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)潛力。