剛性大分子自組裝納米管的電生理特性研究.pdf

1、自組裝納米管具有廣闊的應(yīng)用前景，設(shè)計(jì)和合成尺寸可調(diào)、功能可控的自組裝納米管及其應(yīng)用研究是當(dāng)前重要的研究熱點(diǎn)之一。通過基元之間的弱相互作用自組裝形成的膜上納米離子通道，不僅能模仿自然界中生物大分子的結(jié)構(gòu)復(fù)雜性和功能多樣性，還可以根據(jù)需要而設(shè)計(jì)改造成具有特定功能從而實(shí)現(xiàn)重要的實(shí)際應(yīng)用。我們合作實(shí)驗(yàn)室最近設(shè)計(jì)合成了一類能在弱極性溶劑中依靠分子間的氫鍵相互作用自組裝形成納米管狀結(jié)構(gòu)的剛性自組裝基元按編號定義為1號系列，如1a,1b等）。這類自組

2、裝形成的納米管的穩(wěn)定性和外表特征可以通過修飾基元分子的側(cè)鏈來調(diào)控，而其尺寸和功能則可通過改造基元分子的內(nèi)環(huán)來達(dá)到?；诮⒌钠矫嬷|(zhì)雙分子層技術(shù)，我們發(fā)現(xiàn)其中一種基元分子（1a）在平面脂質(zhì)雙分子層中能通過分子間氫鍵的相互作用自組裝形成直徑小于1nm的離子通道。通過單離子通道記錄的相關(guān)電生理實(shí)驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)如此小的疏水性通道可以高效地導(dǎo)通質(zhì)子。反向電壓實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明質(zhì)子的導(dǎo)通效率比氯離子高3328倍。通過比較該納米管在4M KCl(pH6.0

3、)溶液中和1mM HCl溶液中的電導(dǎo)，我們還發(fā)現(xiàn)質(zhì)子導(dǎo)通效率比鉀離子高2063倍。而且這種合成自組裝納米離子通道還具有與生物離子通道具有可比擬的陽離子選擇特性，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示鉀離子的選擇性均高于鈉離子和鋰離子的選擇性。我們推測這種小孔徑的疏水性納米管具有高效的質(zhì)子導(dǎo)通能力可能與有序排列的水分子高通透性有關(guān)，而其陽離子選擇性則與離子的水合直徑以及水分子剝離該離子所需的能量有關(guān)。小鼠紅細(xì)胞的溶血性實(shí)驗(yàn)表明這種在膜中自組裝形成疏水性的離子通道確