САМООРГАНІЗАЦІЯ ПЕПТИДНИХ НАНОСТРУКТУРОВАНИХ НАПІВПРОВІДНИКІВ — ПОТЕНЦІЙНА ОСНОВА ПОДОЛАННЯ РОЗРИВУ МІЖ НЕОРГАНІЧНИМИ ТА ОРГАНІЧНИМИ ЕЛЕМЕНТАМИ ЖИВОГО

О. П.  Мінцер; В. М. Заліський

doi:10.11603/mie.1996-1960.2020.1.11127

Автор(и)

О. П. Мінцер Національна медична академія післядипломної освіти імені П. Л. Шупика
В. М. Заліський Національна медична академія післядипломної освіти імені П. Л. Шупика

DOI:

https://doi.org/10.11603/mie.1996-1960.2020.1.11127

Ключові слова:

молекулярна самозборка, структурна ДНК-нанотехнологія, молекулярне розпізнавання, олігону-клеотид, олігопептид, самозборка фталоціанінів і порфіразинів,, біоінспіровані матеріали

Анотація

Дослідження присвячено проблемам використання біологічних інструментів для нанотехнологічних застосувань, не пов'язаних із біологією, таких як мікроелектроніка та наноелектроніка, мікроелектромеханічні та наноелектронні системи. Здійснено узагальнення досвіду використання біологічних інструментів і каркасів для створення пептидних наноструктУрованих напівпровідників. У результаті дослідження з'ясовано, що забезпечення більшої селективності, яке проявляється білками в біологічній хімії, можна досягти одночасним використанням декількох неорганічних матеріалів для паралельної конструкції, наприклад, як перша комбінація самозборки на основі ДНК і молекулярного розпізнавання пептидів для демонстрації візерункової синтетичної біомінералізації. Короткі пептиди, що містять ароматичні амінокислоти, можуть самоорганізовуватися в різні надмолекулярні структури, які залишаючись кінетично та термодинамічно стабільними, утворюють агрегати дифенілаланіну або фенілаланін-триптофану. Різні методи утворення агрегатів можуть бути використані для ініціації специфічної функціоналізованої організації нано-струткурних блоків із точно настроєною структурною геометрією та контрольованими напівпровідниковими характеристиками. Такі методи налаштування включають мікрофлюїдику, молекулярну модифікацію, хімічні та фізичні методи осадження з пароподібного стану, збірний стратегічний метод одночасного укладання, а також використання зовнішнього електромагнітного поля. Залучення теорії молекулярної щільності показало, що великі спрямовані ароматичні амінокислотні при взаємодії з мережами, які зв'язують водень, призводять до утворення квантово замкнутих областей в органічних наноструктурах, які лежать в основі молекулярного походження їх напівпровід-ності. Останні дослідження додатково виявили деякі фізико-хімічні особливості біоінспірованих надмолекулярних органічних напівпровідників, включаючи стійкі спектри поглинання, характерні для одновимірних квантових точок, або двомірних квантових свердловин, емісію фотолюмінесценції оптичних хвилеводів, залежну від температури електропровідність, а також сегнетоелектричні (п'єзо- та піроелектричні) властивості.

Посилання

Antsypovich, S. I. (2002). Peptidno-nukleinovyye kisloty: struktura, svoystva, primeneniye, strategii i praktika khimicheskogo sinteza [Peptide-nucleic acids: structure, properties, application, strategies and practice of chemical synthesis]. Uspekhi khimii (The success of chemistry), 71 (1), 81-96. [In Russion].

Mintser, O. P. (2010). Strategii poiska napravleniy issledovaniy s ispol'zovaniyem nanotekhnologiy [Strategies for Searching Research Directions Using Nanotechnology]. Elektronika i svyaz'. Tematich. vypusk «Elektronika i nanotekhnologii» (Electronics and communications. Thematic. issue «Electronics and Nanotechnology»), 5, 15-8. [In Russion].

Zalessky, V. N., Movchan, B. A. (2012). Personalizirovannaya meditsina: perspektivy ispol'zovaniya nanobiotekhnologiy [Personalized medicine: prospects for the use of nanobiotechnology]. Ukr. med. chasopis (Ukr. med. chronicle), 1 (27), 3842. [In Russion].

Rapis, E. G. (2004). Samoorganizatsiya i supermolekulyarnaya khimiya plenki belka ot nano — do makromasshtaba [Self-organization and supermolecular chemistry of a protein film from nano to macroscale]. Zhurnal tekhnicheskoy fiziki (Journal of Technical Physics), 74 (4), 117-22. [In Russion].

Adler-Abramovich, L., Koln., Yanai, I. et al. (2010).

Self-assembled organic nanostructures with metallic like stiffness. Angew. Chem. Int. Ed. Engl., 49 (51), 9939-42. DOI: https://doi.org/10.1002/anie.201002037

Adler-Abramovich, L., Gasit, E. (2014). The physical

properties of supramolecular peptides assemblies: from building bloke association to teleological applications. Chem. Soc. Rev., 43, 6881-6893. DOI: https://doi.org/10.1039/C4CS00164H

Aida, T., Meijer, E. W., Stupp, S. I. (2012). Functional

supramolecular polymers. Science, 335, 813-7.

Amdursky, N., Molotskii, M., Gazit, E. et al. (2010).

Elementary building blocks of self-assembled peptide nanotubes. J. Am. Chem. Soc., 132 (44), 15632-36. DOI: https://doi.org/10.1021/ja104373e

Arnon, Z. A., Vitalis, A., Leviu, A. et al. (2016). Dynamic microfluidic control of supramolecular peptides self-assembly. Nat. Commun., 7, 13190. DOI: https://doi.org/10.1038/ncomms13190

Berger, O., Adler-Abramovich, L., Levy-Sakin, M. et al. (2015). Light - emitting self-assembled peptide nucleic acid exhibit both stacking interaction and Watson - crick base pairing. Nat. Nano thechonol., 10 (4), 353-60. DOI: https://doi.org/10.1038/nnano.2015.27

Chan, F. T., Pinotsi, D., Schierle, G. S. K. et al. (2014). Structure - specific intrinsic fluorescence of protein of protein amyloids used to study their kinetics of aggregation. In: Uversky V., Lynbchenko Y (Eds.) Bio Nano imaging: Protein Misfolding and Aggregation. Elsevier: New York.

Chen, J., Qin, S., Wu, X. et al. (2016). Morphology and pattern control of phenylalanine sect-assembly via evaporative deleting. ACS Nano, 10 (1), 832-8. DOI: https://doi.org/10.1021/acsnano.5b05936

Dela Rica, R., Mendoza, E., Matsui, H. (2010). Bio inspired target- specific crystal ration on peptide nanotubes for ultrasensitive PB ion detection. Small, 6 (16), 1753-6. DOI: https://doi.org/10.1002/smll.201000489

Draper, E. R., Greeves, B. J., Barrow, M. et al. (2017). pH-Directed aggregation to control photoconductivity of self-assembled periling - bisimides. Chem., 2 (3), 716-31.

Eakins, G. L., Gallaher, J. K., Keyzers, R. A. et al. (2014). Thermodynamic factors impacting the peptide - driven selt-assembly of periling di imide Nano fibers. J. Phys. Chem. B., 118 (29), 8642-51. DOI: https://doi.org/10.1021/jp504564s

Hauser, C. A. E., Zhang, S. (2010). Nano technology: Peptides as biological semiconductors. Nature, 468, 516-7. DOI: https://doi.org/10.1038/468516a

Hill, R. J. A., Sedcuan, V. L., Allen, S. et al. (2007). Alignment of aromatic peptide tables in stony magmatic fields. Advanced Materials, 19 (24), 4474-9. DOI: https://doi.org/10.1002/adma.200700590

Heredia, A., Bdikin, I., Koppl, S. et al. (2010). Temperature - driven phase transformation in self-assembled diphenylamine peptide nanotubes. J. Phys D: Appl. Physics., 43 (46), 462001.

Fang, X. S., Bando, Y., Gantam, U. K. et al. (2008). Organic semiconductor nano streamers and their field Emission application. J. Mater. Chem., 18, 509-22. DOI: https://doi.org/10.1039/B712874F

Guo, C., Arnon, Z. A., Qi, R. et al. (2016). Expanding the nano architectural diversity through aromatic di-and tripeptide co assembly: nano structures and molecular mechanism. CAN Nano, 10 (9), 8316-24.

Gan, Z., Wu, X., Zhu, X., Shen, J. (2013). Light -induced Ferro electricity in bicinspired self-assembled phenylalanine nanotubes, micro tubes. Angew. Chem. Int. Ed. Engl., 52 (7), 2055-9. DOI: https://doi.org/10.1002/anie.201207992

Gazi, E. (2016). Peptide nano structures: aromatic dipeptides light up. Nat. Nano technol., 11, 309-10. DOI: https://doi.org/10.1038/nnano.2015.321

Kresse, G., Hafner, J. Ab. (1994). Initio molecular -dynamics simulation of the lined - metal - amorphous - semiconduc for transition in germanium. Phys. Rev. B, 49, 14251-69. DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevB.49.14251

Levin, A., Mason, T. O., A-Abramovich, L. et al. (2014). Ostwald's rule of stage governs structure transitions and morphology of dipeptide supramolecular polymers. Nat. Commun., 5, 5219.

Lin, X., Fei, J., Wang, A. et al. (2017). Transformation of dipeptide - based organ gels into chiral crystals by cryogenic treatment. Angew. Chem. Int. Ed. Engl., 56 (10), 2660-3.

Mason, T. O., Chirgadre, D. Y., Levin, A. et al. (2014). Expanding the solvent chemical space for self - assembly of dipeptide nano structure. ACS Nano, 8 (2), 1243-53. DOI: https://doi.org/10.1021/nn404237f

Nguyen, V., Zhu, R., Jen Kins, K., Yang, R. (2016). Self-assembly of phenylalanine peptide with controlled polarization for power generation. Nat. Commun., 7, 13566.

Pinotsi, D., Buell, A. K., Dobson, C. M. et al. (2013). A label-free quantitative assay of amyloid fibril growth based on intrinsic fluorescence. Chem Bio. Chem., 14, 846-50. DOI: https://doi.org/10.1002/cbic.201300103

Pinotsi, D., Grisanti, L., Mahou, P. et al. (2016). Proton transfer and structure - specific fluorescence in hydrogen bond - rich protein structures. J. Amer. Chem. Soc., 138 (9), 3046-57. DOI: https://doi.org/10.1021/jacs.5b11012

Reches, M., Gazit, E. (2003). Casting metal nanowires within discrete self-assembled peptide nano tubles. Science, 300, 625-7. DOI: https://doi.org/10.1126/science.1082387

Santhanamoozthi N. (2011). Diphenylalanine peptide nano tube: charge transport, band gap and its relevance to potential biomedical application. Adv. Mat. Lett., 2, 100-105. DOI: https://doi.org/10.5185/amlett.2010.12223

Tan, Y. N., Lee, J. Y., Wang, D. K. (2010). Uncovering the design rules for peptide synthesis of metal nano particles. J. Am. Chem. Soc., 132, 5677-86. DOI: https://doi.org/10.1021/ja907454f

Tao, K., Levin, A., Adler, A. L. et al. (2016). F moc-modified amino acids and short peptides: simple bio-inspired building blocks for the fabrication of functional materials. Chem. Soc. Rev., 45, 3935-53. DOI: https://doi.org/10.1039/C5CS00889A

Tao, K., Makam, P., Aizen, R. et al. (2017). Self-assembling peptide semiconductors. Science, 3Б8 (636Б), 9756. DOI: https://doi.org/10.1126/science.aam9756

Trung, W. T., Su, Y., Gloria, D. et al. (2015). Dissolution and degradation of F moc- diphenylalanine self-assembled gels desalts in necrosis at high concentrations in vitro. Biomater. Sci., 3, 298-307. DOI: https://doi.org/10.1039/C4BM00244J

Van Nostrum, C. F., Nolte, R. J. M. (1996). Functional supramolecular materials: self-assembly of phthalocyanines and porphyrins. Chem. Commnn., 2385-92. DOI: https://doi.org/10.1039/cc9960002385

Vasuden, M. C., Kocruner, H., Singh, K. M. et al. (2004). Vertically aligned peptide nano structures using plasma enhanced chemical vapor deposition. Biomacromolecules, 15 (2), 533-40.

Yan, X., Li, J., Mohwald, N. (2011). Self-assembly of hexagonal peptide micro tubes and their optical waveguide. Adv. Mater., 23, 2796-801. DOI: https://doi.org/10.1002/adma.201100353

Yan, X., Su, Y., Li, J. et al. (2011). Uniaxial oriented peptide crystals for active magical waveguiding. Angew. Chem. Int. Ed. Engl., 50 (47), 11186-91. DOI: https://doi.org/10.1002/anie.201103941