蛋白質基均孔分離膜取得進展

2020-11-28 生物谷

 小編推薦會議：2018（第三屆）蛋白質修飾與疾病研討會

 

膜分離已逐漸成為解決日益惡化的空氣、水環境汙染和水資源短缺的核心技術之一。目前廣泛應用的高分子膜和無機膜，由於成膜材料和成膜方法的限制，膜有效孔徑分布較寬、選擇分離層較厚，一方面不能保證高的分離精度，另一方面也導致分離的選擇性和通量相互制約。因此設計具有均一孔徑的超薄分離膜實現高精度、高通量分離是分離膜材料研究領域的重要發展方向，同時也面臨巨大挑戰。

蛋白質作為一類重要的生物大分子，其具有獨特的分子結構和空間構型。例如，膜蛋白由於其特定的孔道結構和生物功能，使物質（包括水、CO2、O2、離子、小分子等）的輸運具有高度的選擇性、高通量以及智能響應特性，為細胞提供物質高效傳輸，是維持生命系統的重要過程。受此啟發，利用特定孔道結構的蛋白質無疑是構築超薄均孔納米分離膜的理想單元。

近日，中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所研究員靳健課題組與王強斌課題組合作，利用具有特定孔道結構的菸草花葉病毒（TMV）衣殼蛋白組裝體作為基元構築超薄均孔膜，實現高精度、高通量分離。在這一工作中，研究人員首先通過基因工程在TMV基元側面引入半胱氨酸基團，然後在銅離子的催化作用下，誘導基元間形成二硫鍵（S-S），並且以六方形式進行二維自組裝，獲得大面積TMV超薄納米片（如圖1所示）。進一步將TMV納米片分散液抽濾到多孔氧化鋁表面，構築成厚度可控的選擇分離層（如圖2所示）。由於在TMV基元的中心具有一個直徑為4 nm的孔道，經自組裝後，在納米片中就形成形狀均一、排布有序的多孔結構。為了驗證TMV超薄膜的高精度尺寸篩分的能力，研究者們選用兩種尺寸相近的量子點，一種是直徑3.2 nm的發綠色螢光的量子點，另一種是直徑5.2 nm的發紅色螢光的量子點。將兩種量子點混合後，可以清楚看到直徑較小的綠色量子點可以透過分離膜，而直徑較大的紅色量子點被截留。進一步，研究者們採用螢光光譜和TEM對原液、滲透量和截留液中的量子點進行表徵，證實了TMV超薄膜的高精度尺寸篩分的能力（如圖3所示）。該研究工作為構築超薄均孔膜提供了新的研究思路，同時也擴寬的蛋白質自組裝在分離膜中的應用。

以上工作發表在Nano Letters 雜誌上（DOI： 10.1021/acs.nanolett.8b03155），論文第一作者為博士研究生張慎祥和張建庭，王強斌和靳健為論文的共同通訊作者。該工作得到國家傑出青年科學基金（21425103， 51625306）、國家自然科學基金重點項目（21433021）等的經費支持。(生物谷Bioon.com）

 

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