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卡內(nèi)基梅隆大學的科學家們已經(jīng)通過連接改性的綠色熒光蛋白分子合成了納米纖維。這種納米纖維未來可能被用于藥物輸送和組織工程的應(yīng)用中。

    美國卡內(nèi)基梅隆大學的研究人員開發(fā)出一種新方法用于產(chǎn)生自組裝蛋白質(zhì)/聚合物的納米結(jié)構(gòu)，這讓人聯(lián)想到在活細胞中的纖維。 這項工作提供了一個前景可觀的新方法用于藥物輸送和組織工程的應(yīng)用中。 本項研究結(jié)果于7月28日發(fā)表在應(yīng)用化學的國際版發(fā)行物上。

    “我們已經(jīng)證實，通過增加柔性接頭到蛋白質(zhì)分子，可以形成新類型的聚集體。這些聚集體可以用作結(jié)構(gòu)材料而且可以依附不同的載荷，如藥物。在本質(zhì)上，這種蛋白質(zhì)并不是結(jié)構(gòu)材料。“Tomasz Kowalewski，卡耐基梅隆大學化學教授說。

    這種纖維是通過一種被稱為鏈接化學的過程把一些改性綠色熒光蛋白（GFP）分子連接在一起。 普通的GFP分子通常不能與其他綠色熒光蛋白分子結(jié)合而形成纖維。 但是，當卡內(nèi)基·梅隆大學的研究生Saadyah Averick，在卡耐基梅隆大學自然科學學院化學教授Krzysztof Matyjaszewski 和J.C. Warner教授的指導(dǎo)下，修改了綠色熒光蛋白分子并且給它們連接了聚氧乙烯-二烴基接頭時，他們有了驚奇的發(fā)現(xiàn)——這些GFP分子可以自組裝成長纖維。 重要的是，這種纖維在暴露于聲波后會被拆開，然后在幾天之內(nèi)又會重新自組裝。科學家一直在尋找這種有纖維可逆自組裝特征的系統(tǒng)，以應(yīng)用于組織工程、藥物輸送、納米反應(yīng)器和成像等領(lǐng)域。

    “這工作的成功純粹是好奇心和運氣驅(qū)動的，”Kowalewski說。 “但是，在可控聚合化學和有機化學與生物學相結(jié)合時，都有可能發(fā)生有趣的現(xiàn)象。”

    該研究小組利用共焦光學顯微鏡觀察纖維，利用動態(tài)光散射技術(shù)證實了纖維的組裝過程，而且利用原子力顯微鏡技術(shù)（AFM）研究了它們的形態(tài)。 他們還觀察到該纖維發(fā)熒光，這表明當GFP分子連接在一起時還保持其三維結(jié)構(gòu)。

    為了確定是哪些過程推動了自組裝現(xiàn)象，Matyjaszewski和Kowalewski求助于化學工程專業(yè)的特聘教授Anna Balazs與匹茲堡大學的Robert v. d. Luft教授。Balazs 在中尺度系統(tǒng)中的動力學和力學性能建模領(lǐng)域中，是一位權(quán)威專家，他運用一種粗晶粒化分子動力學方法——耗散粒子動力學技術(shù)，使用計算機仿真模擬綠色熒光蛋白分子自我組裝的過程。 模擬證實了改性GFP分子具有形成纖維的趨勢，并且顯示出該自組裝過程的驅(qū)動力是單個GFP分子表面上的疏水補丁間的相互作用。 此外， Balazs模擬的纖維與Kowalewski原子力顯微鏡觀察到的保持一致。

    “我們的蛋白聚合物體系給與我們一個精確到原子尺度的、明確的納米級物體的“建造”，我們可以在這個物體上精確地確定位置，并附上不同的“手柄”。另外，它還可以應(yīng)用到很多方面，并不是永遠只能為生物學所用，”Kowalewski教授說。