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    自组装的人造微管,如乐高积木

    发布时间:2020/01/21 财经 浏览次数:92

     

    聚伪轮烷的分层自组装成人工微管。可以将简单的乐高积木组装成更复杂的结构,然后可以将其进一步组合成各种各样的复杂建筑,从汽车,火箭,轮船到巨大的城堡和游乐园。这种多步骤组装事件,即所谓的“分层自组装”,也发生在活生物体中。

    POSTECH化学系Kimoon Kim教授及其研究小组(基础科学研究所自组装和复杂性中心)发现,一种以葫芦科素为主的客体复合物聚合成线性聚合物链,这与彼此之间通过范德华相互作用而变成空心的微管,这是由它们的形状自互补性引起的。他们的新发现作为最新新闻在Angewandte Chemie国际版中被介绍,该杂志是世界著名的化学期刊之一。

    微管存在于动植物的活细胞中,在维持细胞结构,细胞迁移,细胞内运输等方面至关重要。换句话说,当在微管的形成或解离中出现问题时,不能执行基本的细胞功能,例如细胞分裂和细胞内运输。

    这些微管是通过纳米级微管蛋白中球状蛋白的分级自组装形成的,这些微管蛋白长成线性原丝。随后,将这些原丝组装在一起以构建长度超过数十微米的多链管状结构。

    在研究人员发现之前,多年来进行了许多尝试来模仿微管的自组装。但是,天然微管在分子水平上的形成机理仍然不清楚。

    为了制造人造微管,研究小组利用了基于葫芦素的宿主-客体复合物,其两端带有两个巯基作为构建基。该结构单元通过二硫键的形成组装成一维线性聚合物。然后,通过范德华相互作用,将这些聚合物横向结合成类似于天然微管的空心圆柱结构。人造微管的形成通过各种光谱学和显微镜研究来表征,包括浦项光源的X射线衍射。

    研究小组发现,聚合物链本身变得笔直而僵硬,并最终在聚合物的生长过程中出现了乐高积木般的形状自互补性。令人惊讶的是,一条链的凸形结构与相邻链的凹形部分很好地匹配,从而允许聚合物链横向结合。

    该论文的第一作者Wooseup Hwang解释说:“在我们发现之前,研究集中在模仿微管的结构上。与常规研究不同的是,我们试图模仿微管的形成机理以及结构。”

    另一位通讯作者Kangkyun Baek博士评论说:“我们正在计划将研究范围扩展到模仿天然微管的动态行为和各种生物学功能,”并且“这种基于形状自互补性的新颖方法将迈出一步。希望了解天然微管的形成机理,并为探索非常规的分层自组装和新颖的功能材料提供新的机会。”