搜索热:无损检测 复合镀
扫一扫 加微信
欢乐城彩票登陆 > 科研探索 > 科学研究 > 消息正文
中科院过程所&剑桥大学Angew. Chem. Int. Ed.:液-液相分离介导的超分子聚合物成核-生长新机制
发布:lee_9124   时间:2019/11/16 17:25:56   阅读:139 
【引言】

蛋白质和多肽等通过自组装形成超分子聚合物的现象普遍存在于自然界中,尤其是生物体系,这引起了生物学家和材料科学家们广泛的研究兴趣。例如,已得到广泛研究的蛋白质细丝-生物体系中一种常见的超分子聚合物,其能够控制活细胞的机械性能、运动能力乃至分化过程。然而也有研究证明蛋白质的异常聚集会导致淀粉样纤维的形成,其与诸如阿尔茨海默症等神经退行性疾病的发生和发展有关。因此,探究超分子纳米纤维形成的分子机制不仅有助于加深对生物体结构与功能的认知,还能促进纤维化相关疾病新型治疗策略的开发。目前已经有一些理论和模拟研究表明,超分子纳米纤维的形成是一个成核-生长的过程,成核可以通过经典的单步成核或者由亚稳相参与的两步成核来实现,但是对于超分子成核早期阶段的分子机制及其在后续生长过程中作用的研究仍是一大挑战。这主要是由自组装过程的高度动态和分级多尺度特性决定的。通常,超分子自组装的结构演变主要取决于不同组装体的稳定性及其结构转变需要跨越的能垒。此外,较弱的非共价相互作用和相对柔性的分子构象也使得自组装体易于在动态微环境中发生变化,从而形成具有多分散性和多态性的组装中间体。因此,选取合适的组装基元,通过对其组装动力学的有效调控有望揭示复杂体系中自组装纳米纤维形成的分子机制。

【成果简介】

近日,中国科学院过程工程研究所闫学海研究员与剑桥大学Tuomas P. J. Knowles教授合作,选取双亲性的氨基酸和寡肽分子为模型组装基元,通过对其组装动力学的有效调控来追踪监测超分子纳米纤维的形成过程,进一步结合分子动力学模拟,研究发现氨基酸和寡肽均相溶液中会首先发生液-液相分离(LLPS)形成富含溶质的液滴,其作为分子聚集成核的“小室”。成核之后则遵从Ostwald熟化机制形成热力学更加稳定的超分子纳米纤维。LLPS形成的亚稳态液滴显著降低了纳米纤维的成核势垒。上述结果揭示了超分子纳米纤维形成过程中液-液相分离介导的多步成核新机制,回答了“成核点从何而来”这一困扰多年的科学难题,对超分子组装的精准调控和纤维化相关疾病治疗策略的开发具有重要的理论指导意义。该成果以题为"Nucleation and Growth of Amino-acid and Peptide Supramolecular Polymers through Liquid-liquid Phase Separation"发表在国际著名期刊Angew. Chem. Int. Ed.上。

【图文导读】

图1 液-液相分离介导的氨基酸或寡肽超分子纳米纤维成核-生长新机制示意图
 
 
图2 自组装纳米纤维动态演变过程的Cryo-TEM 图像
 

 
(a) Ag+配位调控的Fmoc-Ala自组装纳米纤维随时间变化的动态演变过程的Cryo-TEM 图像;
(b) 溶剂交换形成的Fmoc-His自组装纳米纤维随时间变化的动态演变过程的Cryo-TEM 图像。

图3 Z-FF经LLPS形成液滴及液滴相变形成自组装纳米纤维
 
 

(a) Z-FF溶液中液滴融合的明场显微图像;
(b)相分离液滴的固有荧光图像及其在1秒内的融合;
(c) Z-FF从液滴到自组装纳米纤维动态演变过程的Cryo-TEM 图像;
(d) Z-FF纳米纤维成核过程的全原子分子动力学模拟。

图4 Ag+配位Fmoc-Ala自组装动态演变过程的动力学和热力学分析
 
 

(a) Fmoc-Ala恒定浓度3.0 mg mL-1条件下,Ag+浓度对自组装纳米纤维形成时间的影响;
(b) Ag+恒定浓度8 mM条件下,Fmoc-Ala浓度对自组装纳米纤维形成时间的影响;
(c) 从液滴到纳米纤维的结构演变过程中,荧光强度随时间变化曲线;
(d) 对应于(c)中特定状态的自组装体形貌的TEM图像;
(e) 种子实验表明从液滴到纳米纤维的结构转变存在能垒;
(f) Ag+配位Fmoc-Ala自组装形成液滴过程中观察到的稀释焓与Ag+含量的关系;
(g) 液滴和纳米纤维的差示扫描量热曲线;
(h) Ag+配位Fmoc-Ala动态自组装过程(从亚稳态的液滴体到热力学稳定的纳米纤维)的自由能示意图。

图5 Ag+配位Fmoc-Ala自组装纳米纤维形成的驱动力
 

 
(a) 包覆尼罗红的Ag+配位Fmoc-Ala组装体随时间变化的激光共聚焦扫描显微镜图像;
(b) Ag+配位Fmoc-Ala纳米纤维形成过程中随时间变化的FTIR光谱;
(c) 液滴、纳米纤维和Fmoc-Ala单体的UV-vis光谱;
(d) 液滴,纳米纤维和Fmoc-Ala单体的FL光谱;
(e) Ag+配位Fmoc-Ala纳米纤维的电喷雾电离质谱;
(f) DFT计算得到的Ag+-Fmoc-Ala配位化合物的稳定分子构象;
(g) 纳米纤维层状结构的分子堆积示意图。

【小结】

本文中,作者探索了基于氨基酸和寡肽的超分子纳米纤维的形成机理,发现液-液相分离是纳米纤维成核的关键所在。经LLPS形成富含溶质的亚稳态液滴是迈向自组装成核的第一步,该液滴的形成是一个熵驱动的过程;而液滴到纳米纤维的转变是一个焓驱动的过程。这些发现不仅为复杂仿生体系的设计和构建提供了新的思路,还对基于控制细胞内异常成核的潜在疾病治疗策略的开发具有重要指导意义。
 

来源:材料人网
 
相关信息
   标题 相关频次
 东华大学俞建勇院士、丁彬研究员团队在自组装二维纳米网络结构纤维空气过滤材料制备领域的最新研究成果
 2
  拥有一个大白的梦想还有多遥远?
 1
 #电子材料周报#智能传感器,嘈杂中亦可听见声音
 1
 #新能源周报#德州大学工程师拟发明新装置捕获热能
 1
 “4D打印技术” 材料可按编程变形/图
 1
 《自然》《科学》一周(12.07-12.13)材料科学前沿要闻
 1
 《自然》《科学》一周(2.5-2.11)材料科学前沿要闻
 1
 《自然》《科学》一周(3.27-4.2)材料科学前沿要闻
 1
 3D打印技术突破将为打印“木制”产品开路
 1
 3-D印刷设备构建更好的纳米纤维
 1
 Adv. Funct. Mater. 上海交大:超分子的分层自组装行为
 1
 Adv. Mater.: 超强超硬纤维素纳米纤维
 1
 MIT团队用“螺旋形纳米纤维”制作高弹性、有保护作用的人工组织
 1
 MIT赵选贺团队研发高性能纯导电聚合物水凝胶
 1
 Nature子刊:仿生分层材料直接自组装可控制纳米纤维形态
 1
 Nature子刊:末端带电荷的可结晶均聚物的二维自组装
 1
 NbSe2纳米颗粒的合成及减摩性能
 1
 Science:纳米粒子中层次结构复杂性的突发现象及其组装
 1
 奥本大学张新宇教授与河北大学邓奎林教授Adv Compos Hybrid Mater:具有高溶解度和增强的电化学性能的纳米聚苯胺
 1
 澳大利亚新研究:新材料遇水变吸管
 1
 北大工学院于海峰团队在液晶嵌段共聚物纳米相分离的稳定化方面取得进展
 1
 北京大学&麦克马斯特大学Macromolecules: 基于侧链液晶聚合物多链柱的高度有序亚10nm图案
 1
 北京大学范星河教授课题组在超分子型液晶嵌段共聚物自组装领域取得新进展
 1
 北京大学于海峰研究员团队在液晶与高分子复合材料领域取得进展:超分子液晶凝胶的制备、多重响应及其在全息光栅的应用
 1
 北科大Advanced Science: 高强度蓝光发射的CsPbBr3二维自组装纳米晶
 1
 比防弹衣材料更强的缠结型纳米纤维结构
 1
 便携式纤维制备为我们带来无限可能
 1
 醋酯纤维膜材料将成为过滤与分离领域的“明日之星”
 1
 大自然带给我们的启发:智能应答纳米纤维复合材料
 1
 蛋白质和DNA能做手机屏?!
 1
 顶刊动态 | JACS/Angew/ACS Nano等高分子材料学术进展汇总
 1
 顶刊动态 | Nature子刊/AM/Nano Letters等纳米材料最新学术进展汇总
 1
 顶刊动态 | Nature子刊/JACS/Nano Lett.等纳米材料最新科研成果精选
 1
 顶刊动态 | Science/Nature子刊等纳米材料前沿最新科研成果精选
 1
 顶刊动态|Nature子刊/JACS/AM等一周中国学术进展汇总
 1
 顶刊动态丨AM/Nano Lett.等期刊电子材料前沿最新科研成果精选
 1
 顶刊封面: 三月材料领域优秀成果十大精选
 1
 东华大学俞建勇院士、丁彬研究员团队在蛋白质吸附分离用纳米纤维材料研究领域取得最新研究成果
 1
 东南大学研发纳米纤维检测技术 可检测室内重金属含量
 1
 对叔丁基酰胺化杯[8]芳烃/聚丙烯腈纳米纤维对Cu2+的吸附性能
 1
 辅酶Q在CPT自组装修饰电极上的电化学行为及其分析应用
 1
 复旦大学武培怡教授和上海大学安泽胜教授《Nature Communications》:聚合诱导自组装领域(PISA)取得重要进展
 1
 复旦大学朱亮亮研究员课题组实现嵌端共聚物磁铁控制的定向自组装
 1
 高分子材料周报#含聚合物凝胶的超级电容器
 1
 个性化医疗有了材料帮手?东京大学研发纳米纤维增强弹性体导体
 1
 工程热物理所在石墨烯自组装表面强化沸腾传热研究中取得进展
 1
 汞齐氧化法制备氧化铝纳米纤维
 1
 国家纳米中心“活体自组装”生物纳米材料研究获进展
 1
 国外石墨烯最新动态(9.26-10.7):纳米纤维改善碳电极/热处理可控石墨烯层间压力制备天然“压缩机”
 1
 华东理工大学曲大辉教授团队在超分子聚合物及其智能材料领域研究工作取得突破性进展
 1
一周新闻 Top 10
新品发布
专题报道
荣鼎娱乐 亚洲彩票 广西快3走势 三分PK拾平台 澳洲幸运10开奖结果 韩国1.5分彩 极速飞艇 极速快乐十分 新疆喜乐彩 159彩票