化学所李峻柏研究员、马普胶体与界面研究所Riegler博士、山大郝京诚教授 ACS Nano：二肽微米/纳米纤维的可控图案排列

生物分子纳米结构的自组装已经成为制备新型功能材料的重要研究方向。自组装生物分子纳米结构的常用构建模块是多肽，因为它们可以相当容易地合成或提取，并且具有内在的生物相容性，而且它们具有丰富的化学多样性。最典型的短肽代表二苯丙氨酸（以下简称二肽），因其结构简单易于组装而成为热门的组装基元，但其组装机理仍有待完善。

利用简单的浸渍提拉法可以获得二肽微米 /纳米纤维的可控图案排列。二肽 / 氨水 溶液中， 二肽 聚集体通过局部液体蒸发后的浓度达到超饱和而析出。浸渍提 拉技术和氮气输出帮助二肽 在三相线弯月面形成浓度梯度。随着基底持续上升， 二肽 浓度梯度在溶 剂蒸发、溶剂补充的平衡中基本保持稳定，局部二肽 浓度则取决于弯月面厚度。在浸渍提拉过程 中二肽 在弯月面区域达到过饱和，开始并持续沉积（ 二肽 纤维生长）。我们系统研究了浸渍提拉过 程中四个参数：初始氨水浓度基本不构成影响；局部氮气气流输送对   二肽 成核和生长十分重要， 没有或微弱气流下二肽 短时间内不会成核；初始 二肽 浓度和提拉速度对 二肽 聚集体结构影响极大。 这些结果说明除了二肽 初始浓度，水的蒸发和局部弯月面厚度是决定 二肽 最终结构的主要因素。

图 1 . 三种不同类型的二肽 聚集体排列 ： (a)微纤维(红色背景) ； (b) 超细纤维和条纹 (蓝色背景) ； (c)由纳米纤维组成的条纹(黄色背景)。 （文中所有图片背景颜色代表相应聚集体类型。）

图 2 . 不同二肽初始浓度对形成聚集体类型的影响。从上到下分别代表不同二肽初始浓度，从左到右分别代表不同的提拉速度，同时氨水浓度均为 0 .027 wt%，通入氮气流速均为1 L/ min。

图 3 . AFM 表征结果，其中 ( a , b) 为微米纤维， (c -f) 为组成条带状聚集体的纳米纤维。

图 4 . 条带状聚集体的形成机理。

实验中可以观察到 二肽 微米纤维 、 纳米纤维两种 微观 结构，二者尺寸相差上千倍。 AFM 数据说明 微米纤维由纳米纤维成捆组成。当二肽 浓度缓慢增加且局部浓度梯度较小时生成微米纤维。当局 部浓度改变迅速时形成纳米纤维。增加基底提拉速度和降低二肽 初始浓度的影响相似， 二肽 形成纳 米纤维并组成条带状结构。其可能的解释是，在薄面下相区域的二肽 迅速积累，影响局部面下 相排水和三相线位置，这又反过来影响二肽 积累、延迟了聚集过程。这导致了震荡行为， 二肽 聚集 形成条带状结构。这个实验也提供了一种精确控制构建高度有序二维肽组装体的方法，有望在未来应用到多种多样的功能材料领域。

相关研究成果以“ Controlled-Alignment Patterns of Dipeptide Micro- and Nanofibers ”发表在《 A CS N ano 》上。

原文链接

https://doi.org/10.1021/acsnano.2c00443

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