分子支架有助于纳米尺度的构造

如果你想建造一座高大的房子，你需要使用脚手架。冲绳科学技术研究生院(OIST)的叶章教授及其同事正在将这一建筑原理应用于他们的实验室工作，其中一个主要区别是：他们所使用的材料只有几十亿分之一平方米。 。

纳米尺度构造是纳米技术领域，其使用纳米材料作为基本构建块来创建具有特定特征的材料。在该领域的早期，研究人员研究了使用单分子组分构建纳米级/微米级结构的潜力。现在，科学家们受到生物世界的启发，生物世界涉及更复杂的过程，许多不同组成部分之间存在相互作

在生物体中，复杂的分子结构在生物体的生命周期中不断构建和解构。例如，为了在体内移动，细胞必须与其外部环境相互作用，称为细胞外基质(ECM)。ECM是天然纤维支架，为周围细胞提供结构和生化支持。为了自己创造移动空间，细胞分泌蛋白酶，部分消化ECM。相反，ECM中的分子也可以支持或抑制细胞内的过程。

由张教授领导的Bioinspired Soft Matter Unit从细胞和ECM中使用的生物建筑方法中获得灵感，设计并合成了一种可以相互作用以组装复杂分子结构的纳米级分子工具包。他们的作品最近在Angewandte Chemie International Edition上发表。

研究人员设计并合成了两种基于芳香有机化合物香豆素的分子。一种是自组装成纳米纤维的肽分子。它们聚集在一起形成分子“支架”。另一种是苯甲酸盐分子，其自组装成片状纳米结构。这些片材形成分子“砖”，其形成为分子塔。当这些分子混合在一起时，它们通过类型分离，自组装，然后相互作用以构建更高级的分子结构。

研究人员通过使用紫外线或酶切割纳米纤维来改变分子支架的结构，这使得它们可以操纵“分子塔”的高度。他们使用OIST的扫描电子显微镜观察分子的结构特征，如层和形状。然后，在OIST技术人员的帮助下，他们使用原子力显微镜来测量分子塔的精确高度，单位为纳米。

他们表明纤维肽支架调节分子塔的高度和结构。借助于通过纳米结构之间的表面相互作用提供支撑的该支架，苯甲酸盐砖可以形成更高的结构。“虽然单独的分子砖可以建造高达100纳米的塔，但当我们添加光纤时，他们可以建造高达900纳米的塔，”张教授说。

通过模仿生物体中发生的分子自组装过程，化学家可以学习纳米/微结构化学合成的新方法。在未来，Bioinspired Soft Matter Unit希望在生物膜上构建特定分子以调节细胞命运。例如，通过在细胞膜上构建分子，他们希望有一天能够操纵膜蛋白的空间组织。