CN111171115A - 一种通过调节酸碱度控制多肽晶体可逆组装的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种通过调节酸碱度控制多肽晶体可逆组装的方法。该方法包括步骤：将多肽分子溶于水或碱性溶液中，多肽分子自组装得到含多肽晶体的溶液或多肽晶体；向所得含多肽晶体的溶液或多肽晶体中加入酸溶液至体系pH为2‑6，多肽晶体解组装得到均一溶液；调节所得均一溶液的pH至7‑12，多肽分子重组装得到含多肽晶体的溶液或多肽晶体，实现多肽晶体的可逆组装。本发明以简单、绿色环保的方法即可实现多肽晶体的可逆组装，实现了多肽晶体的可降解回收和循环利用；组装得到的多肽晶体具有光波导性质，晶体解组装后重新组装所得多肽晶体依然具有较好的光波导性质，稳定性好。

Description

一种通过调节酸碱度控制多肽晶体可逆组装的方法
技术领域
本发明涉及一种通过调节酸碱度控制多肽晶体可逆组装的方法，属于生物材料技术领域。
背景技术
利用纳米到微米大小的波导来有效地传输光，是微型化光电子的关键方法之一。在这方面的广泛研究主要集中在无机半导体、功能有机分子和染料掺杂聚合物。多肽纳米材料作为一种新型的生物材料，拥有诸多优势，例如：生物相容性好、化学修饰简单直接、具备生物分子识别能力等；而多肽分子用于光波导鲜有报道。
多肽分子由于具有成本相对低廉的特点，成为一种构筑制备纳米材料的理想构筑基元。现有技术中，有报道使用溶剂挥发(Nat Nano,2006,1(3),195)或者化学气相沉积(Nat Nano,2009,4(12),849)的方法使芳香族二肽组装成大面积的二维纳米管阵列晶体；所制备的纳二维纳米管阵列晶体具有良好的化学和物理稳定性，机械性能良好，是一种优异的纳米材料；但未涉及波导性质以及其可逆组装，应用存在局限性，无法实现多肽晶体的降解回收和循环利用；并且使用溶剂挥发法，不利于环保，化学气相沉积法步骤相对复杂，成本较高。
因此，急需一种具有光波导性质且稳定性好的多肽晶体的简单、绿色环保的可逆组装方法。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明提供一种通过调节酸碱度控制多肽晶体可逆组装的方法。本发明以简单、绿色环保的方法即可实现多肽晶体的可逆组装，实现了多肽晶体的可降解回收和循环利用；组装得到的多肽晶体具有光波导性质，晶体解组装后重新组装所得多肽晶体依然具有较好的光波导性质，稳定性好。
一种通过调节酸碱度控制多肽晶体可逆组装的方法，包括步骤：
(1)将多肽分子溶于水或碱性溶液中，多肽分子自组装得到含多肽晶体的溶液或多肽晶体；所述多肽分子具有如下所示结构：
Figure BDA0002356879720000021
(2)向步骤(1)所得含多肽晶体的溶液或多肽晶体中加入酸溶液至体系pH为2-6，多肽晶体解组装得到均一溶液；
(3)调节步骤(2)所得均一溶液的pH至7-12，多肽分子重组装得到含多肽晶体的溶液或多肽晶体，实现多肽晶体的可逆组装。
根据本发明优选的，步骤(1)中，所述多肽分子的质量和水或碱性溶液的体积比为1-2mg/mL。
根据本发明优选的，步骤(1)中，所述碱性溶液的pH为8-12，所述碱性溶液为氢氧化钠水溶液或氢氧化钾水溶液。
根据本发明优选的，步骤(2)中，所述酸溶液为盐酸水溶液、硫酸水溶液、硝酸水溶液或乙酸水溶液。
根据本发明优选的，步骤(3)中，使用碱性溶液调节pH，所述碱性溶液为氢氧化钠水溶液或氢氧化钾水溶液。
本发明的技术特点及有益效果如下：
1、本发明将特定结构的多肽分子溶于水或碱性溶液中，多肽分子之间的氢键，或/和多肽分子与金属离子之间的离子键共同作用，使得多肽分子进行自组装得到多肽晶体；在酸性溶液中，所得多肽晶体中的氨基和酸形成盐，从而解组装形成均一溶液；然后通过调节上述均一溶液的pH至7-12又可实现多肽分子的重组装得到多肽晶体，从而通过pH的变化实现多肽晶体的可逆组装。
2、本发明实现多肽晶体可逆组装的方法操作简单，成本相对低廉；无需有机溶剂，绿色环保；且组装速度快，可实现多肽晶体的降解回收以及循环利用，从而进一步节约了成本，具有较好的应用前景。
3、本发明多肽分子自组装得到微米级棒状结构(直径约为1-3μm，长度超过50μm)的多肽晶体，其在宏观尺寸上的结构规整有序，并具有较好的光波导性，可应用于光传输；所得多肽晶体解组装后再重新组装所得多肽晶体依然保持解组装之前所形成的多肽晶体的结构，并同时保持较好的光波导性，说明本发明可逆组装方法前后所形成的晶体的稳定性好。本发明对特定多肽分子实现可逆组装的方法具有较好的发展前景，可使所得多肽晶体有望成为一种绿色环保的光传输生物材料，为设计和开发光学或电子材料以及由小生物分子组成的仿生或仿生材料制成的器件开辟了新的途径。
附图说明
图1(a)是实施例1步骤(1)多肽分子自组装得到的多肽晶体的光学显微镜图像；图1(b)是实施例1步骤(2)多肽晶体解组装后的光学显微镜图像；图1(c)是实施例1步骤(3)多肽分子重组装后得到的多肽晶体的光学显微镜图像。
图2(a)是实施例1步骤(1)多肽分子自组装得到的多肽晶体的高分辨的原子力显微镜图像；图2(b)是实施例1步骤(3)多肽分子重组装后得到的多肽晶体的高分辨的原子力显微镜图像。
图3(a)是实施例1步骤(1)多肽分子自组装得到的多肽晶体的光波导图；图3(b)是实施例1步骤(3)多肽分子重组装后得到的多肽晶体的光波导图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步说明，但不限于此。
同时下述实施例中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。
实施例1
一种通过调节酸碱度控制多肽晶体可逆组装的方法，包括步骤：
(1)将多肽分子溶于水中获得1.5mg/mL的多肽水溶液，室温静置10min，多肽分子自组装得到含有多肽晶体的溶液。
利用光学显微镜(OLYMPUS BX53M)，取10微升上述溶液滴至二氧化硅片上观察获得光学显微镜照片，如图1(a)所示，由图1(a)可知，多肽分子自组装得到结构规整有序的棒状结构的多肽晶体(直径约为1-3μm，长度超过50μm)。
多肽分子自组装得到的多肽晶体的高分辨的扫描电镜图像如图2(a)所示，由图可知，所得多肽晶体是由单层微晶相互堆积而成的棒状晶体，表面呈条纹状。利用光波导仪器测试所得多肽晶体的光波导性，光波导图如图3(a)所示，光斑打到晶体中段，光沿着晶体的方向一直传播到晶体端点，说明所得多肽晶体具有良好的光波导性。
(2)向步骤(1)得到的含有多肽晶体的溶液中加入盐酸溶液调节pH为2，混合均匀，室温静置10min，晶体解组装得到均一溶液。其光学显微镜照片如图1(b)所示，表明晶体已解组装，形成了均一的溶液。
(3)向步骤(2)得到的均一溶液中加入氢氧化钠水溶液调节pH为12，混合均匀，室温静置10min，多肽分子重新组装得到含多肽晶体的溶液。
利用光学显微镜(OLYMPUS BX53M)，取10微升上述溶液滴至二氧化硅片上观察获得光学显微镜照片，如图1(c)所示，由图1(c)可知，多肽分子重新组装得到规整有序的棒状结构的多肽晶体(直径约为1-3μm，长度超过50μm)，与步骤(1)自组装所得多肽晶体结构一致。
多肽分子重新组装得到的多肽晶体的高分辨的扫描电镜图像如图2(b)所示，由图可知，多肽分子重新组装所得多肽晶体同样是由单层微晶相互堆积而成的棒状晶体，表面呈条纹状，与前述自组装所得多肽晶体的结构一致。利用光波导仪器测试所得多肽晶体的光波导性，光波导图如图3(b)所示，由图可知，光斑打到晶体中段，光沿着晶体的方向一直传播到晶体端点，说明多肽分子重组装所得多肽晶体依然具有较好的光波导性，光波导性稳定性好。
实施例2
一种通过调节酸碱度控制多肽晶体可逆组装的方法，包括步骤：
(1)将多肽分子溶于水中获得1.5mg/mL的多肽水溶液，室温静置10min，多肽分子自组装得到含有多肽晶体的溶液。
(2)向步骤(1)得到的含有多肽晶体的溶液中加入盐酸溶液调节pH为5，混合均匀，室温静置10min，晶体解组装得到均一溶液。
(3)向步骤(2)得到的均一溶液中加入氢氧化钠水溶液调节pH为7，混合均匀，室温静置10min，多肽分子重新组装得到含多肽晶体的溶液。
实施例3
一种通过调节酸碱度控制多肽晶体可逆组装的方法，包括步骤：
(1)将多肽分子溶于水中获得1mg/mL的多肽水溶液，室温静置10min，多肽分子自组装得到含有多肽晶体的溶液。
(2)向步骤(1)得到的含有多肽晶体的溶液中加入盐酸溶液调节pH为5，混合均匀，室温静置10min，晶体解组装得到均一溶液。
(3)向步骤(2)得到的均一溶液中加入氢氧化钠水溶液调节pH为7，混合均匀，室温静置10min，多肽分子重新组装得到含多肽晶体的溶液。
实施例4
一种通过调节酸碱度控制多肽晶体可逆组装的方法，包括步骤：
(1)将多肽分子溶于水中获得2mg/mL的多肽水溶液，室温静置10min，多肽分子自组装得到含有多肽晶体的溶液。
(2)向步骤(1)得到的含有多肽晶体的溶液中加入盐酸溶液调节pH为5，混合均匀，室温静置10min，晶体解组装得到均一溶液。
(3)向步骤(2)得到的均一溶液中加入氢氧化钠水溶液调节pH为7，混合均匀，室温静置10min，多肽分子重新组装得到含多肽晶体的溶液。
实施例5
一种通过调节酸碱度控制多肽晶体可逆组装的方法，包括步骤：
(1)将多肽分子溶于pH为12的氢氧化钠水溶液获得1mg/mL的多肽溶液，室温静置10min，多肽分子自组装得到含有多肽晶体的溶液。
(2)向步骤(1)得到的含有多肽晶体的溶液中加入盐酸溶液调节pH为5，混合均匀，室温静置10min，晶体解组装得到均一溶液。
(3)向步骤(2)得到的均一溶液中加入氢氧化钠水溶液调节pH为7，混合均匀，室温静置10min，多肽分子重新组装得到含多肽晶体的溶液。
实施例6
一种通过调节酸碱度控制多肽晶体可逆组装的方法，包括步骤：
(1)将多肽分子溶于pH为12的氢氧化钠水溶液获得1mg/mL的多肽溶液，室温静置10min，多肽分子自组装得到含有多肽晶体的溶液。
(2)向步骤(1)得到的含有多肽晶体的溶液中加入硫酸水溶液调节pH为5，混合均匀，室温静置10min，晶体解组装得到均一溶液。
(3)向步骤(2)得到的均一溶液中加入氢氧化钠水溶液调节pH为7，混合均匀，室温静置10min，多肽分子重新组装得到含多肽晶体的溶液。
实施例7
一种通过调节酸碱度控制多肽晶体可逆组装的方法，包括步骤：
(1)将多肽分子溶于pH为12的氢氧化钠水溶液获得1mg/mL的多肽溶液，室温静置10min，多肽分子自组装得到含有多肽晶体的溶液。
(2)向步骤(1)得到的含有多肽晶体的溶液中加入硝酸水溶液调节pH为5，混合均匀，室温静置10min，晶体解组装得到均一溶液。
(3)向步骤(2)得到的均一溶液中加入氢氧化钾水溶液调节pH为7，混合均匀，室温静置10min，多肽分子重新组装得到含多肽晶体的溶液。
实施例8
一种通过调节酸碱度控制多肽晶体可逆组装的方法，包括步骤：
(1)将多肽分子溶于pH为12的氢氧化钠水溶液获得1mg/mL的多肽溶液，室温静置10min，多肽分子自组装得到含有多肽晶体的溶液。
(2)向步骤(1)得到的含有多肽晶体的溶液中加入乙酸水溶液调节pH为5，混合均匀，室温静置10min，晶体解组装得到均一溶液。
(3)向步骤(2)得到的均一溶液中加入氢氧化钾水溶液调节pH为7，混合均匀，室温静置10min，多肽分子重新组装得到含多肽晶体的溶液。
实施例9
一种通过调节酸碱度控制多肽晶体可逆组装的方法，包括步骤：
(1)将多肽分子溶于水中获得1.5mg/mL的多肽水溶液，室温静置10min，多肽分子自组装得到含有多肽晶体的溶液，经过滤、干燥得到多肽晶体。
(2)向步骤(1)得到的多肽晶体中加入盐酸溶液调节pH为2，混合均匀，室温静置10min，晶体解组装得到均一溶液。
(3)向步骤(2)得到的均一溶液中加入氢氧化钠水溶液调节pH为12，混合均匀，室温静置10min，多肽分子重新组装得到含多肽晶体的溶液，经过滤、干燥得到多肽晶体。
实施例10
一种通过调节酸碱度控制多肽晶体可逆组装的方法，包括步骤：
(1)将多肽分子溶于pH为12的氢氧化钠水溶液获得1mg/mL的多肽溶液，室温静置10min，多肽分子自组装得到含有多肽晶体的溶液，经过滤、干燥得到多肽晶体。
(2)向步骤(1)得到的多肽晶体中加入乙酸水溶液调节pH为5，混合均匀，室温静置10min，晶体解组装得到均一溶液。
(3)向步骤(2)得到的均一溶液中加入氢氧化钾水溶液调节pH为7，混合均匀，室温静置10min，多肽分子重新组装得到含多肽晶体的溶液，经过滤、干燥得到多肽晶体。

Claims (5)

1.一种通过调节酸碱度控制多肽晶体可逆组装的方法，包括步骤：
(1)将多肽分子溶于水或碱性溶液中，多肽分子自组装得到含多肽晶体的溶液或多肽晶体；所述多肽分子具有如下所示结构：
Figure FDA0002356879710000011
(2)向步骤(1)所得含多肽晶体的溶液或多肽晶体中加入酸溶液至体系pH为2-6，多肽晶体解组装得到均一溶液；
(3)调节步骤(2)所得均一溶液的pH至7-12，多肽分子重组装得到含多肽晶体的溶液或多肽晶体，实现多肽晶体的可逆组装。
2.根据权利要求1所述通过调节酸碱度控制多肽晶体可逆组装的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述多肽分子的质量和水或碱性溶液的体积比为1-2mg/mL。
3.根据权利要求1所述通过调节酸碱度控制多肽晶体可逆组装的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述碱性溶液的pH为8-12，所述碱性溶液为氢氧化钠水溶液或氢氧化钾水溶液。
4.根据权利要求1所述通过调节酸碱度控制多肽晶体可逆组装的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述酸溶液为盐酸水溶液、硫酸水溶液、硝酸水溶液或乙酸水溶液。
5.根据权利要求1所述通过调节酸碱度控制多肽晶体可逆组装的方法，其特征在于，步骤(3)中，使用碱性溶液调节pH，所述碱性溶液为氢氧化钠水溶液或氢氧化钾水溶液。
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