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化学与材料学院蒋凌翔副研究员与纳米光子研究院李宇超副研究员合作在《自然通讯》发表重要研究成果

字体: 2019年11月04日 浏览量: 来源: 化学与材料学院 编辑: 发布:资讯中心

近日,金沙手机娱乐蒋凌翔课题组与李宇超课题组合作在《Nature》子刊《Nature Communications?(IF 12)上以Synthetic asters as elastic and radial skeletons为题发表原创研究性论文。该工作利用一种简单的两亲小分子制备了形状规整的星状体,具有类似细胞的弹性和韧性,并首次模仿细胞里的微管蛋白星状体起到定位纳米-微米颗粒的作用。金沙手机娱乐为第一完成单位,化学与材料学院硕士生谢清巧为第一编辑,化学与材料学院蒋凌翔副研究员和纳米光子研究院李宇超为共同通讯编辑。研究工作得到了国家自然科学基金,广东省自然科学基金和我校的资助。

(期刊截图)

星状体指的是具有像星体一样放射状对称性的物体。这种形貌在自然界中普遍存在,不仅简洁优美而且具有功能,比如花朵和刺猬。特别值得一提的是细胞内的微管星状体,一对星状体在细胞有丝分裂时组成纺锤体,对于染色体的对称分配起到至关重要的作用。另外,微管星状体作为细胞内的放射状骨架能够维持细胞形状并承受一定外力,还能使细胞器定位在特定的位置。目前还没有合成星状体能够模仿生物中的这些功能。

(细胞中的微管星状体和仿生星状体)

编辑发现一种小分子能够在水溶液中通过自组装形成具有无定形核心和放射状螺旋结晶带的星状体,尺寸在50-150微米左右。每个星状体都是一个松散的骨架,其所占据的球形空间中包含约99.7%的水。对于邻近的星状体来说,它们的半柔性微丝交织在一起,在中间平面形成一堵可见的“墙”,从而阻止它们进一步相互穿透。分子组装成纤维通常是由经典的成核-生长机制决定的,在没有组织中心(organizing center)的情况下会产生随机排列的纤维网络(凝胶)。本体系与经典机制不同的是,小分子在纤维化之前先形成了亚稳态的无定形节点,它们作为组织中心(核心)最终转变为晶化的放射状丝带,在星状体形成中起到关键作用。

(仿生星状体的形貌和形成机理。)

在细胞中,微管星状体作为放射状骨架起到定位支架的作用。不同细胞器的定位是通过微管上的运动/锚定蛋白来实现的;例如,高尔基体通常位于中心体附近,内质网遍布整个细胞质,某些信号蛋白被转运到星状体的外周。编辑发现他们制备的仿生星状体可以根据微纳粒子的表面化学性质和尺寸自发的将它们定位在不同位置,例如星状体的核心、丝带间和丝带外边缘处。其中,A型是参与星状体成核的疏水颗粒,因此保留在核中,而所有亲水粒子(B至D型)均从核中排出。B型是沿着微丝分布的小颗粒, C型是中等大小的颗粒,几乎不能容纳在内圈附近, D型粒子最大,仅沿外周分布。在细胞中,微管星状体作为弹性骨架提供机械强度。而编辑报道的仿生星状体具有良好的弹性(杨氏模量~5Kpa),微丝能够被来回弯曲180°而不折断。这些星状体还能被组装成高级结构,承受更大的形变。

(论文链接:Qingqiao Xie, Xixi Chen, Tianli Wu, Tiankuo Wang, Yi Cao, Steve Granick, Yuchao Li,* and Lingxiang Jiang* Synthetic asters as elastic and radial skeletons, Nature Communications 2019, 10, 4954, doi: https://doi.org/10.1038/s41467-019-13009-4)

(化学与材料学院)

责编:李伟苗

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