CN111892642A - 一种制备肽基晶体材料的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种制备肽基晶体材料的方法。该方法包括：将肽基凝胶转移至密闭容器内，向其中持续通入气体，得到所述肽基单晶。上述方法中，所述气体选自水蒸气、氨气、二氧化碳和硫化氢中至少一种；所述相转变可在常温常压下进行，相转变后所得晶体为高质量单晶。该方法简单易行，所得晶体材料结晶度高，晶型独特，可作为一种氨基酸或蛋白类晶体材料的通用制备方法。

Description

一种制备肽基晶体材料的方法
技术领域
本发明属于生物材料技术领域，具体涉及一种制备肽基晶体材料的方法。
背景技术
基于非共价相互作用的超分子组装是构建有序功能材料的有效策略之一。一般的超分子组装过程均具有本征动态性和自适应性，可以通过外界条件刺激(如光、超声、温度、溶剂和离子强度等)来实现对组装体内部分子排列的精准调控，从而得到结构丰富和功能多样的晶体材料。
肽分子具有结构简单、组装性能优异、易于调控和生物相容性好等特点，受到人们的广泛关注。目前，这些肽分子组装的晶体材料已经在众多领域都表现出巨大的应用潜力，如光电转换、仿生催化、药物传递、组织工程以及人工光合作用等(G.Wei,Z.Su,N.P.Reynolds,P.Arosio,I.W.Hamley,E.Gazit,R.Mezzenga,Chem.Soc.Rev.,2017,46,4661)。然而，利用传统的溶液法一般很难获得高质量的肽基晶体材料，这就大大限制了它们的实际应用，迫切需要开发一种简便而高效的普适性新方法来制备肽基晶体材料。
发明内容
本发明的目的是提供一种制备肽基晶体材料的方法。
该方法利用气体分子介导肽分子凝胶转变成晶体的普适性方法。该相转变方法可在常温常压下实现，所得晶体为外形规整、结晶度高的单晶。其制备方法简单易操作且具有普适性，可在工业上放大生产。
本发明提供的制备肽基单晶的方法，包括：
将肽基凝胶转移至密闭容器内，向其中持续通入气体，得到所述肽基单晶。
上述方法中，所述气体选自水蒸气、氨气、二氧化碳和硫化氢中至少一种；
所述通入气体步骤中，体系的压强为0.8～1.2个标准大气压；具体为1.0个标准大气压；
温度为20～30℃；具体为常温(25℃)；
通入气体的时间为30～300分钟；具体为120或180或120-180或100-280分钟。
所述肽基凝胶中，肽分子的浓度为1.25mg/mL～10mg/mL；具体为5mg/mL；
所述肽为生物肽分子及其衍生物中至少一种；
具体的，所述生物肽分子选自苯丙氨酸二肽、苯丙氨酸三肽和苯丙氨酸四肽中至少一种；
生物肽分子衍生物中的功能基团选自Fmoc、Boc和Nap中至少一种。
所述肽更具体可为苯丙氨酸二肽。
所述肽基凝胶可按照各种常规方法制得，各种方法所得肽基凝胶结构无实质性差别；具体的，所述肽基凝胶可按照包括如下步骤的方法制得：
先将肽分子溶于溶剂A，再加入溶剂B或溶剂C，静置而得。
具体的，所述溶剂A选自六氟异丙醇、二甲基亚砜和羟胺中至少一种；
所述溶剂B选自苯、甲苯、二甲苯、邻二甲苯、氯仿、四氯化碳和苯乙烯中至少一种；
所述溶剂C选自水或含盐水溶液；所述含盐水溶液的质量百分浓度为0.1-1.0％；
所述溶剂A与溶剂B或溶剂C的体积比为1：(15-85)；具体为1：25；
所述肽分子在由所述溶剂A和肽分子组成的溶液中的浓度为31.25mg/mL～250mg/mL；具体为125或50-150mg/mL。
所述静置步骤中，时间为1-20分钟；具体为1-10分钟或2分钟。
上述制备肽基凝胶的方法中，所述溶剂A用于溶解所述肽分子；选用溶剂B可制得肽基有机凝胶；选用溶剂C可制得肽基水凝胶。上述作为原料的肽基凝胶的结晶度均较低，具体结构由超长超细纤维构成。
上述肽基凝胶更具体可为苯丙氨酸二肽甲苯凝胶，也即按如下方法制备所得苯丙氨酸二肽甲苯凝胶：先将肽分子苯丙氨酸二肽溶于溶剂A六氟异丙醇，再加入溶剂B甲苯，静置而得。
另外，按照上述方法制备得到的肽基单晶，也属于本发明保护的范围。该肽基单晶具有高洁净度。
本发明还提供了上述气体分子介导肽基凝胶-晶体相转变前后凝胶和晶体的结构信息。相转变前肽基凝胶没有明显的晶体特征，相转变后所得晶体材料为具有高的结晶度。
本发明具有以下优点：
(1)本发明提供的气体分子介导肽基凝胶-晶体相转变的方法简单易行，对单晶生长环境要求低，易于工业化大规模生产。
(2)本发明提供的相转变后的肽基晶体材料外形规整，具有高的结晶度。
附图说明
图1为本发明实施例1制备的苯丙氨酸二肽甲苯凝胶的照片。
图2为本发明实施例2制备的水蒸气介导的苯丙氨酸二肽晶体的照片。
图3为本发明实施例3制备的氨气介导的苯丙氨酸二肽晶体的照片。
图4为本发明实施例4制备的苯丙氨酸二肽甲苯凝胶的扫描电镜图。
图5为本发明实施例4制备的水蒸气介导的苯丙氨酸二肽晶体的扫描电镜图。
图6为本发明实施例4制备的氨气介导的苯丙氨酸二肽晶体的扫描电镜图。
图7为本发明实施例5制备的苯丙氨酸二肽甲苯凝胶的粉末XRD解析图。
图8为本发明实施例5制备的水蒸气介导的苯丙氨酸二肽晶体的XRD解析图。
图9为本发明实施例5制备的氨气介导的苯丙氨酸二肽晶体的XRD解析图。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明进行说明，但本发明并不局限于此，凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。
下述实施例中所用的试剂、生物材料等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
下述实施例中的定量试验，均设置三次重复实验，结果取平均值。
下述实施例中，苯丙氨酸二肽的英文名为di-L-phenylalanine(Phe-Phe)，购自Sigma公司，货号为P4126。
实施例1、苯丙氨酸二肽甲苯凝胶的制备
1)将5.0mg苯丙氨酸二肽溶于40μL的六氟异丙醇中，得到二肽的六氟异丙醇溶液(又称为溶液A)，浓度为0.125g/mL，4℃存放5min以上使其充分溶解；
2)将1mL的甲苯加入溶液A中，得到B液，将B液静止放置2min即可得到苯丙氨酸二肽的甲苯凝胶。
二肽甲苯凝胶的实物图如图1所示，倾斜后凝胶不流动，也不会有液体流出，外观均一透明，说明凝胶机械强度良好，内部组分均一。
实施例2、水蒸气介导的苯丙氨酸二肽晶体的制备
1)将本发明实施例1制备得到的苯丙氨酸二肽甲苯凝胶转移至密闭容器内；
2)常温常压条件下向上述容器内持续通入水蒸气，10分钟后可以肉眼观察到相变发生，180分钟后即可得到相变后的苯丙氨酸二肽晶体。
所得晶体的实物图如图2所示，晶体外观呈白色。
实施例3、氨气介导的苯丙氨酸二肽晶体的制备
1)将本发明实施例1制备得到的苯丙氨酸二肽甲苯凝胶转移至密闭容器内；
2)常温常压条件下向上述容器内持续通入氨气，25分钟后可以肉眼观察到相变发生，120分钟后即可得到相变后的苯丙氨酸二肽晶体。
所得晶体的实物图如图3所示，晶体外观呈白色，表面具有明显光泽。
实施例4、实施例1、2和3所得苯丙氨酸二肽凝胶和晶体的扫描电镜表征
1)本发明实施例1所得苯丙氨酸二肽凝胶的扫描电镜表征：将凝胶置于冻干机中冷冻干燥24小时，取少量样品通过导电胶固定于样品台，通过溅射仪向其表面喷洒5nm左右的Au颗粒薄膜后于HITACHI S-4800扫描电镜显微镜下观察，其加速电压为10kV；结果如图4所示。
由图4可知，本发明所得到的凝胶由超长超细纤维组成。
2)本发明实施例2所得水蒸气介导的苯丙氨酸二肽晶体的扫描电镜表征：将晶体分散在甲苯中后，取少量样品滴于硅片表面，真空干燥后用导电胶将硅片固定于样品台，通过溅射仪向其表面喷洒5nm的Au颗粒后于HITACHI S-4800扫描电镜显微镜下观察，其加速电压为10kV；结果如图5所示。
由图5可知，本发明通过水蒸气介导相转变得到的晶体材料为超长纳米纤维。
3)本发明实施例3所得氨气介导的苯丙氨酸二肽晶体的扫描电镜表征：将晶体分散在甲苯中后，取少量样品滴于硅片表面，真空干燥后用导电胶将硅片固定于样品台，通过溅射仪向其表面喷洒5nm的Au颗粒后于HITACHI S-4800扫描电镜显微镜下观察，其加速电压为10kV；结果如图6所示。
由图6可知，本发明通过氨气介导相转变得到的晶体材料为外形规整的长方体。
实施例5、实施例1、2和3所得苯丙氨酸二肽凝胶和晶体的粉末XRD表征
1)本发明实施例1所得苯丙氨酸二肽凝胶的粉末XRD表征：将凝胶置于冻干机中冷冻干燥24小时，取少量样品研磨成超细的粉末后按压在单晶硅片表面，尽可能保持样品表面平整。之后于Rigaku D/max-2005检测仪上收集晶体数据，其扫描速度为2°/min；铜靶波长为
Figure BDA0002629075830000041
由图7可知，本发明制备的苯丙氨酸二肽凝胶没有明显的晶体特征。
2)本发明实施例2所得水蒸气介导的苯丙氨酸二肽晶体的XRD表征：将水蒸气介导的苯丙氨酸二肽晶体材料置于冻干机中冷冻干燥24小时，取少量样品研磨成超细的粉末后按压在单晶硅片表面，尽可能保持样品表面平整。之后于Rigaku D/max-2005检测仪上收集晶体数据，其扫描速度为2°/min；铜靶波长为
Figure BDA0002629075830000042
由图8可知，本发明通过水蒸气介导肽基凝胶想转变的到的苯丙氨酸二肽晶体材料为具有高结晶度的六方单晶。
3)本发明实施例3所得氨气介导的苯丙氨酸二肽晶体的XRD表征：将氨气介导的苯丙氨酸二肽晶体置于冻干机中冷冻干燥24小时，取少量样品研磨成超细的粉末后按压在单晶硅片表面，尽可能保持样品表面平整。之后于Rigaku D/max-2005检测仪上收集晶体数据，其扫描速度为2°/min；铜靶波长为
Figure BDA0002629075830000051
由图9可知，本发明通过氨气介导肽基凝胶相转变得到的苯丙氨酸二肽晶体材料为具有高结晶度的正交单晶。

Claims (6)

1.一种制备肽基单晶的方法，包括：
将肽基凝胶转移至密闭容器内，向其中持续通入气体，得到所述肽基单晶。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述气体选自水蒸气、氨气、二氧化碳和硫化氢中至少一种；
所述通入气体步骤中，体系的压强为0.8～1.2个标准大气压；具体为1.0个标准大气压；
温度为20～30℃；具体为常温；
通入气体的时间为30～300分钟；具体为120分钟。
3.根据权利要求1-2任一所述的方法，其特征在于：所述肽基凝胶中，肽分子的浓度为1.25mg/mL～10mg/mL；具体为5mg/mL；
所述肽为生物肽分子及其衍生物中至少一种；
具体的，所述生物肽分子选自苯丙氨酸二肽、苯丙氨酸三肽和苯丙氨酸四肽中至少一种；
生物肽分子衍生物中的功能基团选自Fmoc、Boc和Nap中至少一种。
4.根据权利要求1-4任一所述的方法，其特征在于：所述肽基凝胶按照包括如下步骤的方法制得：
先将肽分子溶于溶剂A，再加入溶剂B或溶剂C，静置而得。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述溶剂A选自六氟异丙醇、二甲基亚砜和羟胺中至少一种；
所述溶剂B选自苯、甲苯、二甲苯、邻二甲苯、氯仿、四氯化碳和苯乙烯中至少一种；
所述溶剂C选自水或含盐水溶液；所述含盐水溶液的质量百分浓度为0.1-1.0％；
所述溶剂A与溶剂B或溶剂C的体积比为1：(15-85)；具体为1：25；
所述肽分子在由所述溶剂A和肽分子组成的溶液中的浓度为31.25mg/mL～250mg/mL；具体为125mg/mL；
所述静置步骤中，时间为1-20分钟；具体为2分钟。
6.权利要求1-5任一所述方法制备得到的肽基单晶。
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