Advanced Materials：二維蛋白質超分子納米薄膜意外的功能

新聞簡介：

與以化石燃料為原料制得的有機薄膜不同，先進有機生物薄膜具有眾多優秀的性能，在表面改性、生物材料、光學和電子學領域具有更加廣泛的應用。

近期在Advanced Materials雜志上發表的文章表明，陜西師范大學與西安交通大學的研究人員在溶酶菌的相轉變過程中制成了超分子納米薄膜，該薄膜具有光學透明度高，以純天然生物聚合物基為原料，形成通過無需化學合成的自組裝工藝，以及制備方法簡單、能夠在各種復雜的材料表面牢固結合等特性。

此納米薄膜為二次表面介導反應提供了眾多的機會，包括自上到下到納米尺度的技術以及由下到上的納米制造技術。

圖文導讀：

圖1：研究首先在溶菌酶相轉變緩沖溶液中簡單地制造了一個材料表面，文章描述了具體在表面形成薄膜的過程。圖1為在純溶菌酶溶液中制得的二維納米薄膜的宏觀形貌以及薄膜在各種材料表面的覆蓋情況。

圖1：(A) 材料浸入溶酶菌溶液時表面形成納米薄膜的流程示意圖。(B) 在相變緩沖溶液的氣-液界面處形成的自由懸浮薄膜。(C) 以瓊脂糖凝膠為樣本，使用接觸式打印技術在水敏感基體上沉積自由懸浮納米薄膜。(D) 分別用B,C方法得到的兩個星星狀納米薄膜在相紙上得到的照片，由于光反射效應使得兩個星星一明一暗。(E) 在憎水塑料基體上通過星星狀納米薄膜得到親水性區域的照片。(F) 通過方法B得到的對角線為20英寸的二維納米薄膜的照片。(G) 在石英玻璃上覆蓋的薄膜的透明度。(H) 不同基體的水接觸角在不同的表面改性下發生的變化的柱狀圖。

圖2：自由懸浮溶酶菌納米薄膜的結構表征和機理分析。通過原子力顯微鏡和投射電子顯微鏡觀察。圖2A-C表明溶酶菌納米薄膜實際上是由平均直徑為50nm的納米微粒密集地包裹在一起得到。圖2D-F表明在相變過程中，用電子探針檢測溶酶菌溶液的二級結構改變，首先發現的是蛋白質的變性。

(A) 在400英寸的六邊形銅網上的納米薄膜的掃描電鏡圖像。(B) 在云母片上覆蓋的納米薄膜的原子力顯微鏡圖片。(C) 使用2%的磷鎢酸染色5分鐘后得到的納米薄膜的透射電鏡圖像。(D-F) 遠紫外CD光譜，熒光強度改變和熒光光譜的圖像。這些結果表明，在相變過程中，懸浮的蛋白質膠原的疏水性不斷增強，從而能夠和ANS相互作用產生較高的熒光強度和發射峰的藍移。(G) 納米薄膜形成機理的流程示意圖。右上角的插圖為在水表面自由懸浮的直徑4英寸的納米薄膜。

圖3：溶酶菌納米薄膜的自上到下技術。

圖3：(A) 在溶酶菌納米薄膜上的電子束印刷流程示意圖。(B,C) 在硅晶上帶狀納米薄膜的掃描電鏡圖像，BC中的寬度分別為500nm和100nm。(D) 在納米薄膜上的影印石版術流程。(E) 在PET膜上覆蓋納米薄膜的光學顯微圖像。(F) 在硅晶上的納米薄膜光學顯微圖像。(G-M) 在二氧化硅和金屬金、銅的表面利用納米薄膜抗化學腐蝕特性進行平版印刷的原理。

圖4：除了自上到下的技術以外，納米薄膜還具有由下到上的制造技術。

圖4：溶酶菌納米薄膜由下到上的制造技術。(A) 通過ATRP嫁接技術在納米薄膜表面形成聚合物刷。(B) 硅晶上覆蓋的納米薄膜表面聚合物生長的掃描電鏡圖像。(C) 以納米薄膜作為模版，在基體表面膠體靜電自組裝的過程示意圖。(D,E)以C圖中的自組裝方式形成的銀納米微粒的光學顯微鏡圖像和掃描電鏡圖。(F) 在納米薄膜涂層表面通過非電鍍沉積銀原子。(G-H) 在F過程之后，銀原子最終的掃描電鏡圖像。(I) 覆蓋在光滑基體表面的納米薄膜上通過鉑催化非電解沉積銅和銀原子的示意圖。(J-K) 通過I中方式在PET薄膜上得到的銅原子和銀原子。(L-M) 銅和銀原子在更復雜的三維結構上的沉積。左下角插圖為沒有薄膜覆蓋的原始結構。

圖5：以納米薄膜作為柔性導電體的導電性以及薄膜上金屬涂層的表面宏觀形貌。

圖5：(A) 在PET表面覆蓋銅涂層納米薄膜的圖片。插圖表明以此作為導電連接部分點亮了一個LED燈泡。(B-C) A中納米薄膜的掃描電鏡圖像。(D) 在PET表面覆蓋銀涂層納米薄膜的圖片。插圖表明以此作為導電連接部分點亮了一個LED燈泡。(E-F) D中的納米薄膜的掃描電鏡圖像。(G) 通過銀覆蓋的頭發絲作為導電連接部分點亮一個LED燈泡。(H-I) 裸頭發絲和銀覆蓋的頭發絲的掃描電鏡圖像。

感謝材料人編輯部提供素材。

本文發表在近期的Advanced Materials雜志上。

原文鏈接：2D Protein Supramolecular Nano lm with Exceptionally Large Area and Emergent Functions