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生物医学设备

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淀粉样原纤维经历液晶相变

胆固醇触觉
胆固醇触觉

根据瑞士苏黎世联邦理工学院的研究人员的最新研究,淀粉样蛋白原态的液晶相可以与其他丝状生物胶体系统(例如病毒,纤维素和寡聚DNA)以相同的方式在淀粉样原纤维中形成。淀粉样蛋白原纤维是基于手性蛋白的系统,在生物学和医学中非常重要,但它们也正在成为仿生技术应用中有希望的组成部分。这一新发现可以帮助我们更好地了解这些原纤维在生物体内的作用。原纤维本身可以帮助激发模仿生物结构的新材料,并被用于制造胆甾型液晶显示器和先进的光子器件。

团队负责人说:“我们还发现,这些原纤维经历了从未扭曲的规则向列相到胆甾相的液晶转变,” 拉斐尔·梅曾加(Raffaele Mezzenga)。 “当它们进入胆甾相时,原纤维的手性也从左旋到右旋相反。此行为与所有其他类别的生物丝状手性胶体的行为完全不同,在其他类型的生物丝状手性胶体中,手性以相反的方式演化,即从右向左或根本不反转(例如,从右向右) )。”

手性或惯性在自然界无处不在,在生物学,医学,物理学和材料科学中起着至关重要的作用。它指的是存在于两种形式中的结构的一种性质-“对映体”–彼此是镜像,但不能重叠。自然手性具有高度选择性,并且显示出不同的偏好。 “例如,DNA的形成只包含D型糖,蛋白质的形成只包含L型氨基酸,” Mezzenga说。 “这种分子手性以控制结构和生物学功能的方式转移。”

他补充说,在这样的系统上进行的实验可能会导致更好地理解手性转移的机理,因此直接影响模仿生物结构的新材料的设计。

淀粉样蛋白的胆固醇相

淀粉样蛋白原纤维通过β-折叠聚集体的自组装形成扭曲的带状结构。病理性淀粉样蛋白通常在帕金森氏症或阿尔茨海默氏症等神经退行性疾病患者中发现,而功能淀粉样蛋白对于活生物体的生理和生物学功能至关重要。现在,研究人员发现它们也可以用作制造新型功能性生物材料的多功能平台。

到目前为止,还没有人在这些原纤维中见过任何手性胶态液晶相,也称为胆甾相。 Mezzenga说:“这令人困惑,因为原纤维在单原纤维水平上具有明确的手性-就像其他丝状生物系统(例如DNA,胶原蛋白或纳米纤维素)一样。在此定期观察到这种手性向列相。

他解释说:“我们花费了大量时间寻找淀粉样蛋白的这些胆甾相,尝试了多种方法。”最终,最终起作用的是将淀粉样蛋白分解成较小的碎片,然后在通过热力学计算预测的组成中搜索胆甾型液滴。

极其丰富的相图

“除了非常规的手性转换途径(从左到右的惯性,相反),这些系统拥有极其丰富的相图,在其中我们可以识别至少三种类型的液晶液滴。胆甾相只是这三类中的一种。在单个系统中,如此丰富的相位行为是前所未有的。”

研究人员使用能量泛函理论尝试并帮助解释其结果。 Mezzenga告诉我们:“我们将针对非手性向列液滴的理论治疗方法扩展到了胶体棒为手性的情况,因此可以经历集体扭曲行为。” nanotechweb.org。 “我们开发的扩展理论使我们能够解释我们观察到的许多实验发现。”

除了加深我们对手性转移的基本理解并帮助开发模仿生物结构的新材料外,这项新工作还可能具有实际应用。 “胆甾醇液滴选择性地相互作用和反射圆偏振光,这与仅与线性偏振光相互作用的普通偏振器相反,” Mezzenga解释说。 “这个非常吸引人的特性可能会在胆甾型液晶显示器(ChLCD)中得到利用,该液晶显示器实际上无需电源即可工作。另一个直接的可能性是制造光子器件,其中通过光子带隙和胆甾型液晶反射的组合作用产生颜色的组合。”

表面锚固效果如何?

这是一篇非常有趣的文章,评论 里克·温辛克 CNRS和巴黎南大学的物理研究所的物理实验室的负责人,他们并未参与这项工作。 “这些观察结果表明,表面锚固作用在稳定这些系统中的胆甾醇顺序方面起着微妙的作用,目前尚不完全清楚。”

那么,下一步呢? “我们目前正在探索许多领域,” Mezzenga说。 “例如,我们仍在尝试了解这些淀粉样胆甾醇化合物的其他特征,这些特征尚不十分清楚,并试图确定不同的参数如何影响它们的整体液晶顺序。”

该研究在 自然纳米技术 doi:10.1038 / s41565-018-0071-9

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