[发明专利]一种制备取向多肽单分子膜的方法及其产品

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备取向多肽单分子膜的方法，具体涉及利用纳米发电机制备取向α-螺旋多肽单分子膜的方法及通过其获得的取向α-螺旋多肽单分子膜。

背景技术

矢量信号传递，如单向电子转移，是许多生物系统的基本特征。生物体中的物质生成、转化与矢量传递的电子有着密切的联系。人工模仿这样的能量转换系统，不仅有助于人类更加深入理解生物体内电子传递的本质，更重要的是，矢量性电子转移在材料科学、电子工学等领域有着重要意义，对解决能源、环境问题产生深远影响。

近年，作为可矢量传递电子的新型纳米器件，α-螺旋多肽分子集合体受到广泛关注。在上述系统中，单方向的电子转移主要是依靠分子集合体中α-螺旋多肽沿分子轴具备的偶极距而实现的。因此制备取向生长的α-螺旋分子集合体是上述技术的关键。

在实际应用中，需要把取向α-螺旋多肽分子集合体固定在固体基板表面，增强它的稳定性，提高单位效率。

目前，在固体基板表面制备α-螺旋多肽单分子膜的方法有以下三种。

其一，Langmuir-Blodgett(L-B)法(T.Doi，et al.，2001)。上述方法通过多肽分子与基板间疏水作用将分子固定在基板表面。L-B法所制得的单分子膜在膜的均匀度、功能性上具有优势，但因多肽分子与基板间为物理作用，膜整体欠缺机械强度，所以作为器件在实际应用方面受到限制。

其二，氨基酸-N-羧基-环内酸酐的开环聚合法(J.K.Whitesell et al.，1993)。上述方法是在多肽末端导入氨基酸-N-羧基-环内酸酐，利用化学键使多肽固定在基板表面。上述方法制得的单分子膜虽然性能稳定，但由于末端必为氨基酸-N-羧基-环内酸酐，多肽分子的氨基酸序列设计受到限制。

其三，自组装法(M.Niwa，et al.，1999)。上述方法也是一种通过化学键在基板上成膜的方法。自组装技术具有简单易行，无需特殊装置等优点，且可以在分子级别控制膜结构。但是，近年，据N.Higashi等报道，由于α-螺旋多肽的偶极-偶极相互作用，相对于顺向平行结构，α-螺旋多肽更易形成逆向平行。逆向平行结构致使通过多肽膜的电子移动是双向的，影响电子移动效率。

可见，现存的方法在多肽单分子膜的氨基酸序列设计、分子取向选择上存在问题，亟待解决。

2006年，中国科学院王中林院士基于压电材料的纳米线、纳米薄膜、纳米纤维等结构，制备了纳米发电机(Z.L.Wang,et al.，2006)。上述发电机可以利用材料自身的压电效应实现将各种形式的机械能转化为可利用的电能。随着研究的不断深入，单个发电机器件的电能输出功率不断提高，已成功地驱动了常规电子器件。

利用纳米发电机自身产生电势制备取向α-螺旋多肽单分子膜的方法未见报道。

发明内容

本发明的目的在于解决传统自组装法制备α-螺旋多肽单分子膜时出现的反向平行结构，提供一种利用机械形变产生的压电电势制备取向α-螺旋单分子膜的新方法，以及通过该方法获得的取向α-螺旋多肽单分子膜。

为达到上述目的，一方面，本发明提供了一种制备取向α-螺旋多肽单分子膜的方法，所述方法包括将纳米发电机的第一电极或第二电极浸没在α-螺旋多肽溶液中，其中使所述纳米发电机的第一电极和第二电极之间产生电势以使所述α-螺旋多肽末端由于与所述纳米发电机的电极之间的静电作用而固定在所述浸没电极的表面上，从而获得所述取向α-螺旋多肽单分子膜。

在一个优选的实施方案中，所述纳米发电机是压电纳米发电机、摩擦电纳米发电机或压电与摩擦电混合的纳米发电机。

在一个进一步优选的实施方案中，所述压电纳米发电机从下至上包括高分子聚合物衬底、第一电极、压电材料层和第二电极，其中于所述高分子聚合物衬底的聚合物分子量为2万～5万。

在一个进一步优选的实施方案中，所述高分子聚合物衬底为聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚酰亚胺膜。

在一个进一步优选的实施方案中，所述压电材料层为氧化锌纳米线阵列或取向氧化锌薄膜。

在一个进一步优选的实施方案中，所述第一电极和第二电极的材料相同或不同，并且选自金、银、铜或镍。

在一个优选的实施方案中，所述α-螺旋多肽的分子序列中的氨基酸数为8～24个。

在一个优选的实施方案中，在所述α-螺旋多肽的氨基酸N-末端或C-末端导入分子末端含有羧基或氨基的有机硫化物。