對(duì)納米水膜中形成的淀粉樣纖維機(jī)械性能的研究.pdf

1、可溶性淀粉樣多肽和蛋白可自組裝成高度有序纖維的性質(zhì)吸引了人們極大的興趣，因?yàn)樗鼈兊淖越M裝與超過20種神經(jīng)退行性疾病有密切聯(lián)系，比如阿爾茨海默病。最近的報(bào)告表明，淀粉樣蛋白聚集成纖維之后會(huì)擁有很強(qiáng)的機(jī)械性能，包括可與鋼鐵、絲綢比擬的高彈性、高硬度以及高阻力,這些極端的機(jī)械性能使淀粉樣纖維可以作為新型納米材料的候選者。因此，近些年來(lái)研究蛋白的纖維化聚集已經(jīng)成為物理、化學(xué)、醫(yī)學(xué)、生物學(xué)界最熱門的話題之一。
　　固液界面的研究一直是前沿科

2、學(xué)的重要領(lǐng)域。1995年，Hu等人用掃描極化力顯微鏡（SPFM）在云母表面觀察到了二維納米水膜。隨后，固液界面上的納米水膜引起了越來(lái)越多研究人員的關(guān)注。其中，吸附于云母表面形成的納米水膜比液體水擁有更有條理和強(qiáng)度更大的氫鍵網(wǎng)絡(luò)。
　　目前已有大量的實(shí)驗(yàn)和理論工作陸續(xù)發(fā)表，但關(guān)于淀粉樣纖維的機(jī)械性能的解釋仍然存在很多爭(zhēng)議。特別是在固液界面的納米水膜中生成的淀粉樣纖維還有許多特性需要更深入的研究。
　　在本文中我們主要做了以下幾

3、個(gè)方面的工作：（1）利用原子力顯微鏡（AFM）的峰值力定量機(jī)械模式PF-QNM（peak force quantitative nanomechanics）對(duì)形成于溶液中的淀粉樣纖維的結(jié)構(gòu)和機(jī)械性能進(jìn)行了研究。結(jié)果表明在溶液中生成的淀粉樣纖維會(huì)產(chǎn)生結(jié)構(gòu)不同的卷曲纖維和直纖維。實(shí)驗(yàn)測(cè)得直纖維和卷曲纖維的平均高度分別為1.9±0.3和2.7±0.4nm，楊氏模量分別為2.7±0.3 GPa和2.1±0.3 GPa。（2）將淀粉樣蛋白培養(yǎng)在吸

4、附于云母表面的水膜中，結(jié)果在云母表面生成兩層纖維，靠近云母的底層纖維短且直并且有序排列成緊密的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)；上層纖維長(zhǎng)且卷曲并互相纏繞在一起。為方便起見，我們把底層纖維和頂層纖維分別命名為 Type I和 Type II。利用原子力顯微鏡的PF-QNM模式對(duì)生長(zhǎng)于固液界面的水膜中的淀粉樣纖維進(jìn)行表征，結(jié)果表明Type I和Type II纖維的高度分別為1.1±0.3 nm以及2.9±0.8 nm。Type I和Type II纖維的楊氏模量分

5、別為3.9±0.9 GPa和2.5±0.6 GPa。我們對(duì)結(jié)果進(jìn)行了更加深入的分析，得出兩種類型的纖維的機(jī)械性能的不同與纖維的結(jié)構(gòu)以及水分子綁定多肽分子的過程有關(guān)。我們的結(jié)果揭示了受限空間和表面對(duì)纖維的形貌和納米機(jī)械性能都有重要影響。（3）對(duì)β-乳球蛋白進(jìn)行了初步的研究。通過一系列的實(shí)驗(yàn)，我們得出β-乳球蛋白溶液在酸性環(huán)境（pH2）、較高溫度（80度）、質(zhì)量濃度不小于2％時(shí)會(huì)長(zhǎng)出β-乳球蛋白纖維。通過對(duì)纖維的數(shù)據(jù)收集和分析得出，β-乳球