【科研成果】物质学院钟超课题组研制出结构多样和功能可调的超分子纳米纤维
文章来源:物质科学与技术学院/科技发展处             发布日期:2017-07-06            浏览次数:2444

我校物质学院助理教授钟超课题组利用简单的分子成功研发出结构多样、功能可控的超分子蛋白纳米纤维,显著拓宽了当前纳米纤维材料的多样性和潜在应用范围。日前,该项成果以“Diverse Supramolecular Nanofiber Networks Made by Complex Assembly of Functional Low-Complexity Domains”为题,在国际知名学术期刊《ACS Nano》在线发表。

自组装超分子纳米结构在自然界中广泛存在,诸如维持生命体活动的肌动纤维,即由大量蛋白单体通过非共价键力自组装聚合而成。鉴于超分子纳米纤维制备简易、响应环境等优势,近年来自组装超分子结构在纳米科技、材料科学领域取得一系列突破性进展,然而当前人工合成的超分子纳米体系却很难实现材料结构与功能的多元化。因此,如何制备出与自然界相媲美的功能多样性、结构多元化的纳米材料也成为该领域一大研究热点。

基于对生物材料的深入调研,钟超课题组注意到一种可在低温条件下缓慢形成纳米纤维结构的淀粉样蛋白FUS LC。FUS LC是人体细胞内能和RNA分子相结合形成RNA granules结构的一类蛋白结构域,行业内称为低复杂序列结构域。该研究利用基因重组技术将多种功能性蛋白(例如绿色荧光蛋白EGFP)与FUS LC蛋白单体融合在一起,通过调控携带不同功能的蛋白单体添加比例及顺序,成功得到了无规共聚(random copolymer-like)、多嵌段(multiblock)以及自分类(self-sorted)多功能超分子纳米纤维结构。这种结构和功能可调的纳米纤维其本身在纳米防伪方面具有应用前景。同时,课题组利用上述几种功能纳米纤维与无机材料表面修饰的特异性基团相结合,实现了金纳米颗粒、量子点以及CdS纳米棒等无机颗粒在上述复杂纳米纤维结构表面的空间特异性排布,将蛋白与无机材料紧密结合在一起,为之后导电纤维、生物纳米催化等工作奠定基础。

该论文第一作者是我校物质学院2015级硕士研究生(17级博士)安柏霖,15级博士生王新宇为共同第一作者,通讯作者是钟超助理教授,上科大是第一完成单位。此外,中科院上海有机化学研究所生物交叉中心刘聪教授课题组,上科大iHuman研究所钟桂生助理教授课题组以及MIT的Timothy K. Lu教授也参与了该项研究。上科大物质学院、生命学院、中科院上海有机化学研究所生物交叉中心以及国家蛋白质科学研究上海设施为材料表征给予了大力支持。这项利用简单的分子构筑结构和功能可调的蛋白纳米纤维技术,已经申请国家发明专利。该研究得到了上海市浦江人才计划、上海曙光计划、青岛海洋科学与技术国家实验室中央财政专项经费、国家自然科学联合基金项目、国家自然科学基金面上项目、国家重点研发计划、上科大科研启动基金以及中组部“青年千人”项目支持。



文章链接:http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsnano.7b02298



细胞核蛋白的低复杂序列结构域具有缓慢形成自组装淀粉样蛋白纳米纤维的特征,利用一种重要的细胞核蛋白FUS的低复杂结构域具有缓慢自组装的特征,可以构建出具有不同结构特征和荧光功能的纳米纤维网络。图像中显示多嵌段超分子纳米纤维(具有交替的红色和绿色部分)和无规共聚物纳米纤维(黄色)两种纤维。这两种纤维是通过控制自组装的先后顺序以及通过控制加入两种单体蛋白(EGFP-FUS LC和mCherry-FUS LC蛋白)的摩尔比例分别制备出来的。


基于细胞核蛋白的低复杂序列结构域构建的结构和功能可调节的纳米纤维材料,图中显示从左到右三种纤维分别是:无规共聚物纳米纤维,多嵌段超分子纳米纤维以及自分类纳米纤维。