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本论文主要利用扫描探针显微技术(SPM)结合各种谱学技术如红外光谱、荧光光谱和光散射等，研究了与疯牛病相关的朊蛋白(PrP)的关键片段PrP(106-126)和与Ⅱ型糖尿病相关的多肽Insulin的β片层核心序列，以及各自的核心序列对PrP(106-126)和Insulin聚集的调制作用。在此基础上研究了荧光染料硫黄素T(ThT)对PrP(106-126)聚集的抑制作用并提出其作用机理。同时，为了理解多肽β片层组装的驱动力，设计探索了一系列模型多肽的组装规律，确定多肽的主链和不同侧基对于组装的贡献。主要研究结果如下:
1、通过扫描隧道显微技术(STM)分别对致病性的朊蛋白(PrPSc)关键序列PrP(106-126)及其反序列PrP(126-106)与4，4-联吡啶(4Bpy)的共组装结构进行成像。4Bpy与肽链的羧基端可形成较强的氢键，用于标记并固定肽链的羧基端。由于形成β折叠的序列组装相对稳定，可以获得稳定的STM图像，通过测量多肽的长度并进行统计可以获得N端和C端β核心结构的长度，两段β核心结构互相叠加可以得到共同的稳定回文序列AGAAAAGA，从而确定了形成β片层的核心氨基酸序列。另外，还利用STM研究了染料分子ThT与PrP(106-126)β片层的结合位点，发现ThT集中吸附于PrP(106-126)的核心序列AGAAAAGA上，并发现随着ThT分子浓度的增大，PrP(106-126)的组装特征逐渐由完整的大片畴转变为杂乱的小片畴，且ThT易于吸附在片畴之间的交界位置，影响片畴的完整性和连续性。此结果说明ThT分子通过破坏PrP(106-126)β片层的生长来抑制纤维形成。
2、在人PrP纤维模型中，PrP(106-126)和PrP(127-143)可形成螺旋阶梯状的β结构。利用同样的研究策略，通过对PrP(127-143)及其反序列PrP(143-127)的研究，可以确定其核心β片层结构的氨基酸序列。将PrP(127-143)与PrP(106-126)的核心序列链接形成新的多肽组合序列，STM与红外光谱研究发现组合多肽序列及其反序列均可形成反平行的β片层结构，从而证明了这两段异质多肽之间相互作用的存在，进一步明确了在致病朊蛋白产生淀粉样沉淀过程中异质肽链间相互作用的贡献。
3、通过对Insulin B链的STM成像及肽链长度的测量和统计研究确定Insulin B链的β折叠核心序列为ALYLV，并检测了核心序列对全长Insulin多肽聚集过程的抑制作用，证明ALYLV是Insulin聚集的核心部分，也是已知的可抑制全长胰岛素纤维化最短的核心片段。
4、利用 STM分别对 PolyQ7/PolyQ8、 PolyA7/PolyA8、 PolyH7/PolyH8、GNNQQNY/AGAAAAGA等一系列短肽在高定向热解石墨(HOPG)上的组装结构进行成像，并统计其长度分布。证实在组装过程中，包含偶数氨基酸数量的多肽链会表现出构象变化，导致三种不同的主要长度分布，而包含奇数氨基酸数量的多肽链则构象相对稳定，只有一种主要的长度分布。这种现象是由肽链所含的氨基酸数量的奇偶性所决定的吸附不对称性。首次报道了奇/偶效应是多肽组装效应，这对理解多肽组装规律有重要意义。
5、通过对模型多肽R4G4H8和F4G4H8在HOPG上组装结构的研究，发现多肽不同侧基在STM图像中所显示的亮度有差别，分子动力学模拟显示，吸附在石墨表面上的R4G4H8及F4G4H8两条多肽的组装体通常呈β片层结构，四种氨基酸残基在石墨表面的相互作用能大小依次为:F＞H＞R＞G，与其在STM图像中的亮度对比相一致。随后，通过设计的序列H5F5、F5H5、H5A5、A5H5、A5N5、N5A5、F5N5、N5F5的STM成像及长度统计进一步研究了不同侧基对于多肽组装稳定性的影响并进行排序F＞N＞A＞H。此工作为研究淀粉样蛋白的聚集过程和聚集机制提供了新的视角，对理解淀粉样蛋白聚集的驱动力和设计淀粉样蛋白抑制剂具有指导意义。