Advanced Materials：二维蛋白质超分子纳米薄膜意外的功能

新闻简介：

与以化石燃料为原料制得的有机薄膜不同，先进有机生物薄膜具有众多优秀的性能，在表面改性、生物材料、光学和电子学领域具有更加广泛的应用。

近期在Advanced Materials杂志上发表的文章表明，陕西师范大学与西安交通大学的研究人员在溶酶菌的相转变过程中制成了超分子纳米薄膜，该薄膜具有光学透明度高，以纯天然生物聚合物基为原料，形成通过无需化学合成的自组装工艺，以及制备方法简单、能够在各种复杂的材料表面牢固结合等特性。

此纳米薄膜为二次表面介导反应提供了众多的机会，包括自上到下到纳米尺度的技术以及由下到上的纳米制造技术。

图文导读：

图1：研究首先在溶菌酶相转变缓冲溶液中简单地制造了一个材料表面，文章描述了具体在表面形成薄膜的过程。图1为在纯溶菌酶溶液中制得的二维纳米薄膜的宏观形貌以及薄膜在各种材料表面的覆盖情况。

图1：(A) 材料浸入溶酶菌溶液时表面形成纳米薄膜的流程示意图。(B) 在相变缓冲溶液的气-液界面处形成的自由悬浮薄膜。(C) 以琼脂糖凝胶为样本，使用接触式打印技术在水敏感基体上沉积自由悬浮纳米薄膜。(D) 分别用B,C方法得到的两个星星状纳米薄膜在相纸上得到的照片，由于光反射效应使得两个星星一明一暗。(E) 在憎水塑料基体上通过星星状纳米薄膜得到亲水性区域的照片。(F) 通过方法B得到的对角线为20英寸的二维纳米薄膜的照片。(G) 在石英玻璃上覆盖的薄膜的透明度。(H) 不同基体的水接触角在不同的表面改性下发生的变化的柱状图。

图2：自由悬浮溶酶菌纳米薄膜的结构表征和机理分析。通过原子力显微镜和投射电子显微镜观察。图2A-C表明溶酶菌纳米薄膜实际上是由平均直径为50nm的纳米微粒密集地包裹在一起得到。图2D-F表明在相变过程中，用电子探针检测溶酶菌溶液的二级结构改变，首先发现的是蛋白质的变性。

(A) 在400英寸的六边形铜网上的纳米薄膜的扫描电镜图像。(B) 在云母片上覆盖的纳米薄膜的原子力显微镜图片。(C) 使用2%的磷钨酸染色5分钟后得到的纳米薄膜的透射电镜图像。(D-F) 远紫外CD光谱，荧光强度改变和荧光光谱的图像。这些结果表明，在相变过程中，悬浮的蛋白质胶原的疏水性不断增强，从而能够和ANS相互作用产生较高的荧光强度和发射峰的蓝移。(G) 纳米薄膜形成机理的流程示意图。右上角的插图为在水表面自由悬浮的直径4英寸的纳米薄膜。

图3：溶酶菌纳米薄膜的自上到下技术。

图3：(A) 在溶酶菌纳米薄膜上的电子束印刷流程示意图。(B,C) 在硅晶上带状纳米薄膜的扫描电镜图像，BC中的宽度分别为500nm和100nm。(D) 在纳米薄膜上的影印石版术流程。(E) 在PET膜上覆盖纳米薄膜的光学显微图像。(F) 在硅晶上的纳米薄膜光学显微图像。(G-M) 在二氧化硅和金属金、铜的表面利用纳米薄膜抗化学腐蚀特性进行平版印刷的原理。

图4：除了自上到下的技术以外，纳米薄膜还具有由下到上的制造技术。

图4：溶酶菌纳米薄膜由下到上的制造技术。(A) 通过ATRP嫁接技术在纳米薄膜表面形成聚合物刷。(B) 硅晶上覆盖的纳米薄膜表面聚合物生长的扫描电镜图像。(C) 以纳米薄膜作为模版，在基体表面胶体静电自组装的过程示意图。(D,E)以C图中的自组装方式形成的银纳米微粒的光学显微镜图像和扫描电镜图。(F) 在纳米薄膜涂层表面通过非电镀沉积银原子。(G-H) 在F过程之后，银原子最终的扫描电镜图像。(I) 覆盖在光滑基体表面的纳米薄膜上通过铂催化非电解沉积铜和银原子的示意图。(J-K) 通过I中方式在PET薄膜上得到的铜原子和银原子。(L-M) 铜和银原子在更复杂的三维结构上的沉积。左下角插图为没有薄膜覆盖的原始结构。

图5：以纳米薄膜作为柔性导电体的导电性以及薄膜上金属涂层的表面宏观形貌。

图5：(A) 在PET表面覆盖铜涂层纳米薄膜的图片。插图表明以此作为导电连接部分点亮了一个LED灯泡。(B-C) A中纳米薄膜的扫描电镜图像。(D) 在PET表面覆盖银涂层纳米薄膜的图片。插图表明以此作为导电连接部分点亮了一个LED灯泡。(E-F) D中的纳米薄膜的扫描电镜图像。(G) 通过银覆盖的头发丝作为导电连接部分点亮一个LED灯泡。(H-I) 裸头发丝和银覆盖的头发丝的扫描电镜图像。

感谢材料人编辑部提供素材。

本文发表在近期的Advanced Materials杂志上。

原文链接：2D Protein Supramolecular Nano lm with Exceptionally Large Area and Emergent Functions