一種製備取向多肽單分子膜的方法及其產品的製作方法

2023-12-10 01:48:26 2

一種製備取向多肽單分子膜的方法及其產品的製作方法
【專利摘要】本發明涉及製備取向α-螺旋多肽單分子膜的方法及通過其獲得的取向α-螺旋多肽單分子膜。更具體地，本發明涉及一種利用納米發電機來製備取向α-螺旋多肽單分子膜的方法，所述方法包括將納米發電機的第一電極或第二電極浸沒在α-螺旋多肽溶液中，其中使所述納米發電機的第一電極和第二電極之間產生電勢以使所述α-螺旋多肽末端由於與所述納米發電機的浸沒電極之間的靜電作用而可選擇性地固定在電極表面上，從而獲得所述取向α-螺旋多肽單分子膜。本發明工藝簡單、易操作；所製得的取向α-螺旋多肽單分子膜具有穩定的α-螺旋結構，分子取向一致；並且所製備的取向α-螺旋多肽單分子膜可單向導通電子，達到矢量傳遞電子的目的。
【專利說明】一種製備取向多肽單分子膜的方法及其產品
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種製備取向多肽單分子膜的方法，具體涉及利用納米發電機製備取向α-螺旋多肽單分子膜的方法及通過其獲得的取向α-螺旋多肽單分子膜。
【背景技術】
[0002]矢量信號傳遞，如單向電子轉移，是許多生物系統的基本特徵。生物體中的物質生成、轉化與矢量傳遞的電子有著密切的聯繫。人工模仿這樣的能量轉換系統，不僅有助於人類更加深入理解生物體內電子傳遞的本質，更重要的是，矢量性電子轉移在材料科學、電子工學等領域有著重要意義，對解決能源、環境問題產生深遠影響。
[0003]近年，作為可矢量傳遞電子的新型納米器件，α -螺旋多肽分子集合體受到廣泛關注。在上述系統中，單方向的電子轉移主要是依靠分子集合體中α-螺旋多肽沿分子軸具備的偶極距而實現的。因此製備取向生長的α-螺旋分子集合體是上述技術的關鍵。
[0004]在實際應用中，需要把取向α-螺旋多肽分子集合體固定在固體基板表面，增強它的穩定性，提高單位效率。
[0005]目前，在固體基板表面製備α-螺旋多肽單分子膜的方法有以下三種。
[0006]其一，Langmuir-Blodgett(L-B)法(Τ.Doi, et al.,2001)。上述方法通過多肽分子與基板間疏水作用將分子固定在基板表面。L-B法所製得的單分子膜在膜的均勻度、功能性上具有優勢，但因多肽分子與基板間為物理作用，膜整體欠缺機械強度，所以作為器件在實際應用方面受到限制。
[0007]其二，胺基酸-N-羧基-環內酸酐的開環聚合法(J.K.Whitesell et al.，1993)。上述方法是在多肽末端導入胺基酸-N-羧基-環內酸酐，利用化學鍵使多肽固定在基板表面。上述方法製得的單分子膜雖然性能穩定，但由於末端必為胺基酸-N-羧基-環內酸酐，多肽分子的胺基酸序列設計受到限制。
[0008]其三，自組裝法(M.Niwa, et al.，1999)。上述方法也是一種通過化學鍵在基板上成膜的方法。自組裝技術具有簡單易行，無需特殊裝置等優點，且可以在分子級別控制膜結構。但是，近年，據N.Higashi等報導，由於α-螺旋多肽的偶極-偶極相互作用，相對於順向平行結構，α-螺旋多肽更易形成逆向平行。逆向平行結構致使通過多肽膜的電子移動是雙向的，影響電子移動效率。
[0009]可見，現存的方法在多肽單分子膜的胺基酸序列設計、分子取向選擇上存在問題，亟待解決。
[0010]2006年，中國科學院王中林院士基於壓電材料的納米線、納米薄膜、納米纖維等結構，製備了納米發電機(z.L.Wang, et al.,2006)。上述發電機可以利用材料自身的壓電效應實現將各種形式的機械能轉化為可利用的電能。隨著研究的不斷深入，單個發電機器件的電能輸出功率不斷提高，已成功地驅動了常規電子器件。
[0011]利用納米發電機自身產生電勢製備取向α-螺旋多肽單分子膜的方法未見報導。
【發明內容】

[0012]本發明的目的在於解決傳統自組裝法製備α-螺旋多肽單分子膜時出現的反向平行結構，提供一種利用機械形變產生的壓電電勢製備取向α-螺旋單分子膜的新方法，以及通過該方法獲得的取向α-螺旋多肽單分子膜。
[0013]為達到上述目的，一方面，本發明提供了一種製備取向α-螺旋多肽單分子膜的方法，所述方法包括將納米發電機的第一電極或第二電極浸沒在α-螺旋多肽溶液中，其中使所述納米發電機的第一電極和第二電極之間產生電勢以使所述α-螺旋多肽末端由於與所述納米發電機的電極之間的靜電作用而固定在所述浸沒電極的表面上，從而獲得所述取向α-螺旋多肽單分子膜。
[0014]在一個優選的實施方案中，所述納米發電機是壓電納米發電機、摩擦電納米發電機或壓電與摩擦電混合的納米發電機。
[0015]在一個進一步優選的實施方案中，所述壓電納米發電機從下至上包括高分子聚合物襯底、第一電極、壓電材料層和第二電極，其中於所述高分子聚合物襯底的聚合物分子量為2萬~5萬。
[0016]在一個進一步優選的實施方案中，所述高分子聚合物襯底為聚對苯二甲酸乙二醇酯或聚醯亞胺膜。
[0017]在一個進一步優選的實施方案中，所述壓電材料層為氧化鋅納米線陣列或取向氧
化鋅薄膜。
[0018]在一個進一步優選的實施方案中，所述第一電極和第二電極的材料相同或不同，並且選自金、銀、銅或鎳。
[0019]在一個優選的實施方案中，所述α -螺旋多肽的分子序列中的胺基酸數為8~24個。
[0020]在一個優選的實施方案中，在所述α -螺旋多肽的胺基酸N-末端或C-末端導入分子末端含有羧基或氨基的有機硫化物。
[0021]在一個進一步優選的實施方案中，所述有機化合物為硫醇、硫醚、二硫醚，硫辛酸或硫辛醯胺，其中所述硫醇的通式為
【權利要求】
1.一種製備取向α-螺旋多肽單分子膜的方法，所述方法包括將納米發電機的第一電極或第二電極浸沒在α -螺旋多肽溶液中，其中使所述納米發電機的第一電極和第二電極之間產生電勢以使所述α-螺旋多肽末端由於與所述納米發電機的浸沒電極之間的靜電作用而固定在所述浸沒電極的表面上，從而獲得所述取向α -螺旋多肽單分子膜。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述納米發電機是壓電納米發電機、摩擦電納米發電機或壓電與摩擦電混合納米發電機。
3.根據權利要求2所述的方法，其特徵在於，所述壓電納米發電機從下至上包括高分子聚合物襯底、第一電極、壓電材料層和第二電極；其中用於所述高分子聚合物襯底的聚合物分子量為2萬-5萬。
4.根據權利要求3所述的方法，其特徵在於，所述壓電材料層為氧化鋅納米線陣列或取向氧化鋅薄膜。
5.根據權利要求1-4任一項中所述的方法，其特徵在於，所述第一電極和第二電極的材料相同或不同，並且選自金、銀、銅或鎳。
6.根據權利要求3或4所述的方法，其特徵在於，所述高分子聚合物襯底為聚對苯二甲酸乙二醇酯或聚 醯亞胺膜。
7.根據權利要求1-4任一項中所述的方法，其特徵在於，所述α-螺旋多肽的分子序列中的胺基酸數為8~24個。
8.根據權利要求1-4任一項中所述的方法，其特徵在於，在所述α-螺旋多肽的胺基酸N-末端或C-末端導入分子末端含有羧基或氨基的有機硫化物。
9.根據權利要求8所述的方法，其特徵在於，所述有機化合物為硫醇、硫醚、二硫醚，硫辛酸或硫辛醯胺,其中所述硫醇的通式為
10.根據權利要求1-4任一項中所述的方法，其特徵在於，用於所述α-螺旋多肽溶液的溶劑是水或有機溶劑。
11.根據權利要求10所述的方法，其特徵在於，所述有機溶劑選自Ν，Ν-二甲基甲醯胺、三氟代乙醇、甲醇、乙醇、丙醇、異丙醇或二甲基亞碸。
12.根據權利要求1-4任一項中所述的方法，其特徵在於，所述α-螺旋多肽溶液的濃度為0.1~20mM。
13.根據權利要求1-4任一項中所述的方法，其特徵在於，所述取向α-螺旋多肽單分子膜的製備時間為8~48小時，製備溫度為15-60°C。
14.一種通過權利要求1-13中任一項所述的方法製得的取向α-螺旋多肽單分子膜，其中所述取向α-螺旋多肽單分子膜中的多肽分子成順向平行結構。
【文檔編號】B82Y40/00GK103526202SQ201310460736
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年9月30日 優先權日:2013年9月30日
【發明者】李舟, 王心心 申請人:國家納米科學中心