具有壓電特性的多肽納米線構建及其性能研究

《具有壓電特性的多肽納米線構建及其性能研究》是依託北京師範大學，由王心心擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：具有壓電特性的多肽納米線構建及其性能研究
• 依託單位：北京師範大學
• 項目負責人：王心心
• 項目類別：青年科學基金項目

項目摘要

壓電材料可以實現機械能與電能的相互轉換，其在生物內的能源採集、感測、醫療等領域的套用受到廣泛關注。由生物分子構建高性能的壓電材料是當前的研究熱點，其中具有壓電性能的生物分子結構設計與組裝方法仍存在許多難題。申請人受生物體中某些蛋白質具有壓電特性的啟發，根據長期從事多肽研究工作的基礎提出：可以利用生物小分子α-螺旋多肽通過分子自組裝的方法製備壓電多肽納米線。本課題旨在：(1)研究具有壓電特性多肽分子結構的設計與組裝方法，建立構建壓電多肽納米線的系統化方案。研究反應動力學與反應熱力學因素、胺基酸側鏈官能基團與序列順序對多肽分子結構、納米線形貌的影響。(2)研究多肽納米線的壓電性能。通過壓電力顯微鏡對多肽納米線的應力施加方式和應力方向的研究，探索其最大電位值以及外部巨觀應力對壓電性能的影響。結合多肽分子結構分析，研究納米線巨觀極化與多肽內部偶極子極化程度的關係，揭示多肽納米線壓電性產生機理。

結題摘要

能量轉換在自然界和人類的生產活動中都占據非常重要的地位，由生物分子構築高效的能量轉換系統是當前研究熱點。其中如何在溫和條件下將生物分子進行微觀結構可控地有序組裝是構築上述能量轉換體系（如生物壓電材料）的一大挑戰。為了實現本課題的上述目標，課題負責人受生物體中某些蛋白質具有壓電特性的啟發，根據長期從事多肽研究工作的基礎，成功地設計併合成了基於苯丙氨酸二肽分子的短肽組裝基元。苯丙氨酸二肽類分子可在特定環境下利用其分子結構，包括兩個苯環和一個醯胺鍵，形成π−π堆積、氫鍵等非共價結合，組裝得到特定的納米結構，從而實現自組裝，且便於修飾。我們將含有芘類、苯蒽類等富含苯環的官能團修飾於短肽分子上，通過調節基於苯丙氨酸短肽的自組裝行為，從而控制體系中作為能量給體與受體間的空間距離，實現給、受體間的能量轉換/傳遞的目的。該方案實驗操作簡單，給體與受體分子比例可任意調控，構築基元可根據需要進行選擇、設計，具有很好的靈活性。我們系統地研究了上述短肽組裝基元在一元、二元體系中的各項理化性能、組裝行為，發現上述組裝基元通過自組裝得到的聚集體具備刺激相應性，可以得到在自然光下無色透明的短肽水凝膠。在水凝膠的三維網狀結構中，能量給、受體分子間的氫鍵及π-π鍵組裝成網狀纖維。這樣的三維網狀結構在束縛水分子的同時拉近給、受體間的距離，增進了能量的傳遞。本研究揭示了能量給體與受體組裝基元間相互作用的本質和協同規律，創建了新型的分子自組裝體系，實現分子間納米尺度範圍內精密控制的自組裝行為。