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Chem:通过冷冻电镜观测超分子截半立方体的二次组装阵列
2021-12-14  来源:高分子科技

  目前,通过自组装构筑尺寸巨大(直径 > 10 nm)且几何结构精确的三维大分子仍面临着巨大的合成挑战。近日,台湾大学詹益慈研究团队利用一对三联吡啶互补配体,通过多价的配体设计,成功实现了尺寸在10 nm以上的多室截半立方体的精准自组装。该多室截半立方体(Cuboctahedron)能够进一步自组装形成类似微生物细胞表层蛋白的有序二维阵列(图1)。



图1,截半立方体自组装形成类似微生物细胞表层蛋白的有序二维阵列。图片来源:Chem


  文章亮点



图2,截半立方体的自组装。图片来源:Chem


  (1)配体采用软硬结合的索杆设计,与金属离子配位后得到双层多室截半立方体结构。这种结构设计类似于自平衡的索杆张拉结构,有助于平衡由于配体角度不匹配带来的分子内张力。有趣的是,由于截半立方体具有非常高的对称性,即使该结构的分子量达到了68,833 Da,其核磁共振氢谱仍展示出很清晰的裂分(图2)。



图3,截半立方体的SAXS资料分析。图片来源:Chem


  (2)作者通过配体交换实验验证了该截半立方体结构的稳定性。实验表明,截半立方体结构的配体交换半衰期为20小时,而相应的单核三联吡啶混配配合物的半衰期仅为43秒,多价配体和索杆张拉结构的设计极大地增大了截半立方体的稳定性。值得注意的是,自组装结构的高稳定性使其能够在稀释条件下进行小角X光散射(SAXS)测试,从而得到更多的结构信息(图3)。



图4,截半立方体的冷冻电镜图。图片来源:Chem


  (3)冷冻电子显微镜(cryo-EM)观察表明,截半立方体配合物可以进一步自组装形成晶格常数为7.9 nm的有序正方阵列(图4)。此外,堆积的局部结构缺陷(如位错和晶界)会破坏截半立方体的正方堆积,使其向斜方阵列转变。


  该超分子阵列的研究为“自下而上”构筑二维超分子孔洞材料提供了基础。


  该研究成果发表在Chem,文章第一作者为何立鹏博士,文章的通讯作者为詹益慈教授刘淦光博士


  参考文献:He, L., Hsu, H.-K., Li, L., Lin, L.-T., Tu, T.-H., Ong, T.-G., Liou, G.-G., and Chan, Y.-T. (2021). A 10-nm-Sized Multicompartment Cuboctahedron and Its 2D Hierarchical Arrays Observed by Cryo-EM. Chem.

  DOI:10.1016/j.chempr.2021.11.013


  文章链接:https://doi.org/10.1016/j.chempr.2021.11.013

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