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(jié)構(gòu)中的應(yīng)用，這些結(jié)構(gòu)在生物醫(yī)學(xué)和納米技術(shù)領(lǐng)域具有潛在應(yīng)用。研究團(tuán)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(jié)構(gòu)的形態(tài)和尺寸。實驗結(jié)果表明，通過調(diào)整界面壓力，可以精細(xì)調(diào)控螺旋結(jié)構(gòu)的曲率和纖維間距，從而實現(xiàn)從隨機(jī)聚集體到有序螺旋狀結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變。本研究強(qiáng)調(diào)了分子設(shè)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(xué)和紅外光譜等技術(shù)，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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)。通過改變壓縮比，可以進(jìn)一步調(diào)節(jié)纖維的形態(tài)，為制造具有特定功能的納米結(jié)構(gòu)提供了新的方法。本研究還展示了如何將這些螺旋狀結(jié)構(gòu)作為模板，通過金屬鹽溶液處理和UV/O3還原，制造出金屬復(fù)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(shù)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(jié)構(gòu)，這在現(xiàn)有的光刻技術(shù)中是難以實現(xiàn)的。總的來說，這項研究為精確控制納米結(jié)構(gòu)的自組裝提供了新的策略，并為未來的納米技術(shù)應(yīng)用開辟了新的可能性。

Kibron膜分析儀的的應(yīng)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(jī)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(yīng)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(jī)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(dá)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(zhuǎn)移到云母基底上（撤回速度設(shè)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(diào)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(jié)構(gòu)。

實驗結(jié)果

證明了病毒融合肽序列在朗繆爾槽內(nèi)從納米原纖維形成彈性螺旋狀結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)變，導(dǎo)致凝膠網(wǎng)絡(luò)的形成，如剪切流變學(xué)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(zhuǎn)移到固體基質(zhì)上的穩(wěn)健而有效的方法。最后螺旋狀結(jié)構(gòu)用作制造金金屬復(fù)制品的模板。這種多技術(shù)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(jié)。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(jìn)行壓縮。C)轉(zhuǎn)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(xué)結(jié)構(gòu)。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(zhuǎn)移到新鮮切割的云母基底上。F,G)導(dǎo)致纖維形成的肽β-折疊二級結(jié)構(gòu)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(diǎn)）以及無機(jī)摻入和UV/O 3降解后（綠點(diǎn)）的高分辨率XPS。

總結(jié)

自組裝肽(SAP)是創(chuàng)建分層納米結(jié)構(gòu)的通用構(gòu)建模塊。盡管SAP承諾對組裝形態(tài)和尺寸進(jìn)行精確控制，但實驗驗證仍然至關(guān)重要。從這個意義上說，最近的研究重點(diǎn)是納米螺旋結(jié)構(gòu)，它模仿自然結(jié)構(gòu)，并具有生物醫(yī)學(xué)和納米技術(shù)應(yīng)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(jié)構(gòu)，并通過由于單軸壓縮而施加的界面流對螺旋系綜進(jìn)行微調(diào)。為了形成組裝的納米原纖維結(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)，這對于納米技術(shù)和材料科學(xué)領(lǐng)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(xué)測量來跟蹤裝配過程。由此產(chǎn)生的螺旋狀結(jié)構(gòu)隨后被用作制造金屬復(fù)制品的模板，為其在光學(xué)和納米制造技術(shù)中的潛在應(yīng)用鋪平了道路。這些螺旋結(jié)構(gòu)隨后被修改為金屬復(fù)制品的模板，擴(kuò)大了肽引導(dǎo)自組裝在制造在cm2面積上具有亞10 nm尺寸的定制納米結(jié)構(gòu)表面的潛力。