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[J. Am. Chem. Soc.] 一个多步可控的“智能”表面

已有 4542 次阅读 2014-11-20 00:37 |系统分类:论文交流

 

分子器件是本课题组的一个研究方向。我们一直尝试将各种具有光电响应性能的有机分子固定到不同材料的表面,探索构筑新型智能表面的新方法。智能表面(“smartsurface)是能够对外界光、电、温度等变化进行响应的功能化表面,在传感器、仿生器件、光电检测和药物释放等领域有广泛的应用前景。由于条件所限,我们暂时避免挑战过于复杂的系统,而是希望设计一些结构精巧的有机分子体系来实现复杂的功能。我的博士生李君是个做事不紧不慢,有板有眼的学生。她利用苯醌类分子与氨基酸的反应实现了一个可以分步控制表面反应的智能表面。个人认为比较有趣,与大家分享一下。

这个工作的起始于我们建立一个能够现场监测表面化学反应的拉曼光谱系统的尝试。为了验证系统的可靠性,我们选用了经典的苯醌体系作为模型体系。李君首先合成了一个带巯基的苯醌分子,将这个分子通过自组装技术结合到金电极表面,并应用现场拉曼光谱技术监测表面化学反应。这是一个比较标准的实验步骤,我本并未期待有什么出奇的现象。但是李君很细心地发现在电极表面的苯醌分子可以在电化学信号的调控下与半胱氨酸发生可控的环化反应。我们将这个发现总结后发表在表面化学的专业期刊Langmuir上(Langmuir,2013, 29, 5199–5206)。


在这个发现的启示下,我们设计了一个更为可控的动态智能表面。这种动态表面是基于含有三甲氧基苯的自组装单分子膜,这种单分子膜可以在电学信号的调制下,精确地控制化学反应的进行程度。打个比方,这相当于电极表面站了个听话的“小人”,他的双手各抓了一个东西,不能再拿其它东西了。但是在电信号的指令下,小人可以先松掉一只手上的东西(firstactivation),抓住我们扔过去的一个氨基酸(first binding)。如果我们愿意,可以命令小人再扔掉另一只手里的东西(secondactivation),随后去抓住另一个分子(second binding)

从原理上讲,这种多步可控的“智能”表面可以有很多有趣的用途。作为一个直观的例子,李君同学演示了使用这种新型的智能表面实现多肽在表面的分步修饰与构象控制。通过首次的电化学活化和表面反应,可以将链状的RGD肽修饰到表面;而通过随后再次的电化学活化和表面反应,链状的RGD肽可以转化为环状构象。利用环状和链状的RGD肽在与细胞的结合能力的不同,可以控制细胞在表面的粘附行为。整个反应的过程可以很好地通过电化学、现场拉曼光谱和X射线光电子能谱进行监控。这种简单、有效并可控的“智能”表面今后可能应用在多肽和蛋白在表面上的修饰,并用于构筑新型的传感器和生物器件。我们很高兴地将这个新颖有趣的研究结果发表在近期的《美国化学会志》上(J.Am. Chem. Soc.2014, 136, 11050-11056)。

向李君同学表示祝贺,同时也向参与本项目的周波教授和白德成教授课题组的成员表示感谢!




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