多肽在固体表面纳米水膜中的扩散和自组装行为研究

大气环境下覆盖在固体表面的一层纳米尺度厚的水膜，由于固体表面与水分子之间、水分子与水分子之间的特殊作用而拥有了独特的物理/化学性质，与溶液状态的水(体相水)有很大区别，却与存在于细胞内部、依附于生物分子或生物膜表面的所谓"生物水"相似。本申请项目拟以放置在云母表面的多肽分子(一种重要神经退行性疾病相关蛋白的核心同源序列)为考察对象，通过控制环境条件巧妙地在这个实验体系中引入纳米尺度厚的界面水，利用原子力显微镜和其它各种物理分析手段，研究多肽分子在有界面水存在情况下的扩散、自组装和结晶行为，探索界面水对这些过程的影响，利用纳米操纵技术或人工"核"来控制多肽分子在云母表面界面水体系中纤维化生长，获取多肽分子在体相水体系中所得不到的崭新信息，以期对生物分子的行为有更深刻的了解，为更好地理解生物体中短肽分子的积聚机理提供一定的启示。

本项目研究了多肽分子在固体表面纳米水层中的自组装行为及其形成的纳米结构，考察了多肽分子在云母表面界面水体系中的扩散和自组装受乙醇气氛、不同氨基酸序列、磁场、云母表面离子处理等各种因素的影响；实现了一维多肽纳米纤维组装过程的实时监测和控制，利用原子力显微镜纳米操纵实时修正多肽纳米纤维中的缺陷，并利用纳米操纵形成纤维生长所需的“人工核”来引导纳米纤维的定位定向生长；结合原位AFM和分子动力学模拟，在分子尺度上研究了多肽分子在云母和HOPG上组装时的表面效应和驱动力，阐述了多肽分子自组装的机制；利用原子力显微镜研究了固液界面多肽胰高血糖素的自组装的机理。. 在本项目的资助下，我们在以下几个方面形成了鲜明的研究特色并获得了丰硕的研究成果：1) 多肽分子在界面水环境下在固体表面的扩散和自组装成为了一个独特的研究体系(例如J. Phys. Chem. B 2010, 114, 15759; J. Phys. Chem. B 2012, 116, 2927.)；2) 实验和理论相结合，从分子层次揭示了多肽在界面自组装的机制(例如ACS Nano 2012, 6, 9276; Nanoscale 2011, 3, 3049.)；3) 我们发展的独特的纳米操纵技术实现了多肽自组装所需的“人工核”的构建并引导多肽纤维的定位定向生长(例如ACS Nano 2010, 4, 5791. )。