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东京工业大学在研究金纳米颗粒合成机理中取得突破,助力生物医学应用纳米材料的设计

2017-03-22 430浏览 标签: 日本金纳米颗粒

   2017317日,日本东京工业大学团队使用高分辨率晶体学揭示了蛋白质辅助合成金纳米颗粒背后的机理,为设计生物医学应用的纳米材料提供了一个平台。

在活生物体中,自由金属离子生物矿化(biomineralization)反应通过组装成高度有序结构的蛋白质,如蛋白质笼(protein cages)进行存储和运输。这种复杂的生物机理已经吸引了生物技术人员的注意,他们推测天然离子存储蛋白质笼可用于生长具有科学家们期望性质的金属纳米颗粒

金纳米颗粒AuNP)因其在催化生物成像药物递送和治疗中的优异功能而被科学家们所知因此,可以实现尺寸和形状可控的金纳米颗粒合成技术对于其在纳米医学中的应用是非常重要的。在蛋白质环境中金纳米颗粒的形成首先由金元素沉积、金元素团聚成小纳米团簇组成,随后,金纳米颗粒以这些纳米团簇为核来生长。但是,科学家们仍然不是很清楚在蛋白质环境中生成金纳米团簇的动力学机理。

为了揭示蛋白质纳米笼(protein nanocage金纳米颗粒生长背后的分子机理一个东京工业大学Takafumi Ueno领导的生物分子工程师小组,使用高分辨率晶体学研究,分析了铁蛋白中纳米团簇的形成。铁蛋白是几乎可由所有活生物体产生的细胞内铁储存蛋白,铁蛋白形成具有两个金属结合位点(3重轴和聚集中心的自组装纳米笼。由于离子对硫具有高度亲和力,科学家通过引入含硫半胱氨酸残基对聚集中心进行了改性,以增强吸收进纳米笼的蛋白质。 然后,他们通过在戊二醛中交联来强化含的铁蛋白晶体结构。这些对铁蛋白晶体所做的修改将减少晶体中的金离子,并使得科学家能够通过高分辨率晶体学研究确定离子在铁蛋白笼内的结合位置。

在下一步中,科学家们使用还原剂(NaBH4)将固定的离子还原成零价的金原子。科学家观察到,被还原的金元素团聚形成的纳米团簇聚集3重轴和金属聚集中心,这是由于金的梯度式运动和周围氨基酸的构象变化所造成的

Ueno教授和他的同事获得的研究成果揭示了纳米团簇形成背后的机理纳米团簇认为是金纳米颗粒在蛋白质环境中生长的成核中心,为生物矿化和纳米颗粒合成的未来研究提供了平台


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