跳动城乡网自发组织自身形成复杂结构的自组装分子在自然界中很常见。例如，昆虫坚硬的外层(称为角质层)富含可以自组装的蛋白质。
自组装是一种经济高效、环境可持续且快速的纳米结构制造方法，在从治疗到自我复制机器等各个行业中都有重要应用。
亚洲玉米螟分布于从中国到澳大利亚的地区，是一种破坏玉米作物的农业害虫，毛虫造成损害。毛毛虫头部的角质层可以保护它并赋予它独特的机械性能。
研究人员分析了亚洲玉米螟毛虫头部角质层中的蛋白质，以确定氨基酸链(称为肽)，它们可以独立组装成有序结构。
他们筛选了蛋白质中含有重复三次或更多次的相同氨基酸序列的肽，每个序列至少由五个氨基酸组成。由于重复氨基酸之间的相互作用，具有这种特性的肽可能会发生自组装。
科学家们通过分析发现了三种可以自组装形成空心纳米胶囊的肽。
该研究由南洋理工大学材料科学与工程学院副教授于静、前南洋理工大学杰出大学教授高华健(现为清华大学兴华大学教授)、大连理工大学刘田教授和中科院杨庆教授领导。中国农业科学院.
研究人员正在根据2024年4月发表在《自然纳米技术》上的研究结果为其创新申请专利。
与传统的药物递送方法相比，纳米胶囊无，可以有效地递送具有不同性质的各种药物。
受大自然启发的自组装纳米胶囊
自组装过程是由化学浓度差异驱动的，这导致肽像乐高积木一样聚集在一起并形成稳定的结构。
科学家们创造了毛虫中发现的天然自组装肽的合成版本，并将每种肽溶解在水中。然后他们将有机溶剂丙酮添加到肽溶液中以启动自组装。
研究人员发现肽的自组装分两个阶段进行。首先，当添加丙酮时，肽溶液立即形成液滴。接下来，丙酮扩散到液滴中，水从液滴中扩散出来，在液滴界面处产生浓度梯度，从而触发肽组装成称为β片层的片状结构，最终形成球形中空纳米胶囊。整个过程在初始混合后10分钟内完成。
科学家们还可以通过调整肽与异佛尔酮二异氰酸酯的比例来微调纳米胶囊的尺寸。这种化合物将肽连接在一起以稳定纳米胶囊。
“据我们所知，这是第一次在没有模板的情况下创建肽纳米胶囊，为可定制的药物输送系统铺平了道路，”余副教授说。
“我们的肽纳米胶囊为各种潜在的生物医学应用打开了大门，例如药物输送和基因治疗。”
由其中一种肽形成的胶囊。图片来源：新加坡南洋理工大学。
多功能药物输送系统
研究人员证明，纳米胶囊可用于捕获和输送化疗药物和抗体等“货物”。通过修饰肽链，他们还可以使用纳米胶囊来传递mRNA。
含有药物和mRNA的纳米胶囊无，并且可以成功地被多种细胞摄取。
“通过了解自然界中自组装肽的行为，我们可以设计它们来提供多种药物和治疗化合物，”南洋理工大学材料科学与工程学院研究员、该论文的第一作者李浩鹏博士说。研究。
南洋理工大学机械与航空航天工程学院研究员、共同第一作者钱旭亮博士说：“我们不仅揭示了自组装的秘密，还将它们转化为可以造福我们生活的现实世界解决方案。”研究的。
下一步，研究人员将探索利用机器学习等人工智能技术自动识别其他天然自组装肽。
