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近年来纳米颗粒的组装引起了人们广泛的关注,其中关于纳米颗粒的二维和三维组装的报道较多,而其一维组装的报道相对要少。但纳米颗粒的一维组装(one-dimensionalassemblyofnanoparticles,1DNPsassemblies)对于发展电学、光电学和磁学等各种纳米器件具有重要的研究价值;而且1DNPs以及由此发展的传感器对阐明一些生物学过程和基本量子学机理具有重要的理论意义和实际应用前景。
1DNPs的制备方法很多。例如利用纳米颗粒间相互作用的各向异性,在特定条件下自发形成纳米颗粒的线性排列。为了增加组装的可控性,目前大多数科学家制备1DNPs时都倾向于采用模板诱导方法,主要包括无机模板,有机模板及生物大分子模板。在生物大分子模板中,DNA分子被广泛作为模板引导1DNPs的形成。近年来随着对多肽自组装系统研究的深入,多肽或蛋白质分子自组装形成的纳米纤维或纳米管也被用作模板引导1DNPs的形成。
本研究采用的是以T1多肽(H2N-RGYFWAGDYNYFCONH2)纤维为模板引导1DNPs形成的方法。研究内容和结果包括以下几个方面:
一、金纳米颗粒(AuNPs)在T1纤维上的一维组装
我们采用了两种方法制备AuNPs的一维组装:①AuNPs在纤维表面的沉积:将T1纤维溶液与AuNPs溶液混合,用原子力显微镜(AFM)和透射电镜(TEM)观察到AuNPs在T1纤维表面形成一维组装。②单颗粒链(singleparticleschain):将T1纤维预先沉积在云母表面,而后引导AuNPs组装,AFM观察发现粘附在T1纤维表面上的AuNPs排列更整齐,并倾向于形成AuNPs的单链。
二、AuNPs与T1纤维间的作用力
研究显示T1纤维可能通过表面带有的正电荷吸附带有负电荷的AuNPs,从而得到1DNPs组装。为此我们采用了另一段多肽T7为对照,T7形成的纤维表面正电荷少于T1纤维。与预期结果相同,T7纤维引导AuNPs一维组装的效果远不如T1。
三、AuNPs尺度对颗粒一维组装的影响
制备三种尺度的AuNPs,用同样方法分别使三种尺度的AuNPs在T1纤维表面一维组装,比较三种尺度AuNPs排列的方式,研究粒径对于1DNPs形态的影响。结果显示,随着AuNPs直径的增大,颗粒之间空间位阻也增大,其在T1纤维表面组装成单链的倾向也就越大。
四、水溶性量子点在T1纤维上的一维组装
基于以上工作,我们初步探讨了在T1纤维模板诱导下的水溶性量子点的一维排列。
论文研究显示:通过静电引力,T1多肽纤维不仅可以作为模板引导AuNPs的一维组装,在一定条件控制下还可促进AuNPs单链组装结构的形成,且AuNPs的尺度越大,AuNPs越容易在T1纤维的引导下形成单链组装。应用同样的方法T1多肽纤维还可引导水溶性量子点的一维组装。总之,本研究对探索一维纳米复合材料及纳米传感器具有一定的积极意义。