去铁铁蛋白指导的离散纳米结构可控组装

摘要

纳米尺度材料的可控组装是纳米技术研究方向之一,在基础物理量子力学研究和功能纳米器件构建方面的应用有着巨大潜力。蛋白质纳米材料因高度均质、组装可控、易于改造和大量制备等优势在纳米生物学领域受到了科学家们越来越多的关注。
　　本研究构建重组原核表达载体pET32a-ferritin,以大肠杆菌Rosetta(DE3)为表达菌株,高效表达铁蛋白(Ferritin,Fn),纯化后去除铁核部分得到去铁铁蛋白(apoferritin,Afn)。以去铁铁蛋白为支架,同时利用其内部空间和外表面结构,高效构建了去铁铁蛋白内部合成金纳米颗粒,表面交联特定数目的CdSe/ZnS量子点(QDs)的三维离散纳米结构。具体通过两步实现:1)用去铁铁蛋白作为纳米生物反应器,采用纳米粒子种子生长法合成纳米金颗粒。去铁铁蛋白重链亚铁氧化酶催化位点上的组氨酸残基结合三价金离子,以该位点为成核起始位点,加入还原剂控制金离子被还原的进程。2)通过交联剂EDC(1-乙基-3-(3-二甲基氨丙基)-碳化二亚胺)和NHS(羟基琥珀酰亚胺),将量子点与含有金纳米颗粒的去铁铁蛋白交联。此结构为定量研究纳米粒子间的能量传递规律提供了理想模型,较本实验室前期工作不同之处在于:去铁铁蛋白作为一种笼状结构,可在其内部合成金纳米颗粒,较其他蛋白质纳米材料通过自组装包装纳米颗粒更为稳定;其二,选用去铁铁蛋白为支架,其蛋白壳厚度只有2 nm,可将纳米粒子间的距离由之前的8 nm缩短到2 nm,可在更短距离范围内研究纳米粒子间的能量传递规律。
　　研究结果:1)去铁铁蛋白内部合成的金纳米颗粒,经蔗糖密度梯度离心,分离纯化出直径均一的去铁铁蛋白-金纳米颗粒(Afn(AuNPs));2)以此样品交联QDs,调节Afn(AuNPs)和QDs的摩尔比例,当Afn(AuNPs):QDs=1:1时,可得到一个去铁铁蛋白-金纳米颗粒表面交联一个QDs的组装体,从而实现了对离散纳米结构的可控组装;3)交联实验组与对照组(对照组为与实验组相同条件及相同浓度、比例时,Afn(AuNPs)与QDs的简单混合物)荧光光谱结果显示,实验组中量子点的荧光强度较对照组有明显降低,验证了短距离(2-3 nm,<10 nm,去铁铁蛋白空壳厚度)时,Afn(AuNPs)对QDs的淬灭效应明显。
　　此种杂合纳米结构,在生物传感、复合纳米结构的理性设计与构建、药物靶向输运及能量收集等领域具有重要应用价值。

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1 引言

1.1 铁蛋白的结构

1.2 去铁铁蛋白作为笼状结构的应用研究进展

1.3 纳米结构组装的重要性

1.4 生物分子为模版指导的纳米结构组装的应用

1.5 本研究的目的与意义

1.6 主要研究内容

2 去铁铁蛋白的制备

2.1 材料与方法

2.2 结果与分析

2.3 小结

3 去铁铁蛋白-金纳米颗粒的制备

3.1 材料与方法

3.2 结果与分析

3.3 小结

4 三维离散纳米结构的构建

4.1 材料与方法

4.2 结果与分析

4.3 小结

结论

展望

参考文献

致谢

附录：攻读硕士学位期间发表论文