构建“小”的艺术——从分子开关到分子马达.ppt

单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,Company Logo,构建“小”的艺术,从分子开关到分子马达,Abstract,背景,生物分子马达,1,从分子开关到分子马达,2,分子马达的一些应用,3,前景及展望,4,Company Logo,背景介绍：生物分子马达,生物体中的分子马达,生物体对光能和化学能的精确利用，产生了具有从纳米尺度组装特点的多级有序结构，并通过在分子水平对能量利用实现了复杂的生物功能。,Company Logo,背景介绍：生物分子马达,什么是分子开关？,定义：通过激活机制或失活机制精确控制细胞内一系列信号传递的级联反应的蛋白质,分类：,1,、,蛋白激酶使之磷酸化而开启，由蛋白磷酸酯酶使之去磷酸化而关闭,2,、,由,GTP,结合蛋白组成，结合,GTP,而活化，结合,GDP,而失活,Company Logo,背景介绍：生物分子马达,分子开关：结构变化与功能控制,必要条件：双稳态，即有两种完全不同且可相互转变的稳定结构，通过外部刺激（非自发、外部）使其在两种稳态间转变,。,Company Logo,从分子开光到分子马达,光分子旋转马达,第二代旋转马达,视觉过程,光引起蛋白质结合视网膜分子的结合双键发生顺,-,反异构,分子形变引发级联事件，信号传递到大脑,光分子开关,纳米阀门,第一代光驱动分子旋转马达,分子马达在表面上的固化,在纳米金颗粒表面的固定,在石英表面的固定,Company Logo,从分子开关到分子马达,光分子开关：信息存储,分子尺度进行“自上而下”路线：存在两稳态及该两态可控转变基础，以非破坏行方法“读”出状态,可作为二进制数字系统的一个存储单元。,控制稳态转变,光,Company Logo,从分子开关到分子马达,由视觉过程启发设计的一类光敏感开关分子,挤迫型多烯,Company Logo,从分子开关到分子马达,基于挤迫型多烯结构的光分子开关,螺旋结构：顺式结构,-,右手螺旋型，,435nm,光照稳定,反式结构,-,左手螺旋型，,365nm,光照稳定,顺式,反式,Company Logo,从分子开关到分子马达,基于挤迫型多烯结构的光分子开关,圆二色光谱,镜面对称的谱图显示出其光学异构性,开关速度为秒级,开关的可逆过程,Company Logo,从分子开关到分子马达,纳米阀门,生物膜上的通道蛋白（本文采用,E.,C,oil,的,MscL,蛋白）与前述光分子,开关结合构建光调控纳米阀门,通道打开状态蛋白中心可形成,3-4nm,的孔，离子与小分子可通过,构建到脂质体上，形成可控药物,载体模型，紫外光与可见光控制阀,门的开关，药物的释放与装载,Company Logo,从分子开关到分子马达,纳米阀门,具有光切断性质的分子共价连接到,MscL,蛋白特定位置的一个半胱氨酸,残基上，光照时，分子被切断，释放自由羧基，引起阀门的打开。,但分子的切断不可逆，因此此开关不可逆,Company Logo,从分子开关到分子马达,第一代光驱动分子旋转马达,S,tep1,：光照,反,-,顺异构,可逆过程,Step2,：热交换,旋转90,不可逆过程,Step3,：光照,旋转,90,可逆过程,Step4,：吸热,初始状态,不可逆过程,因此，波长,280nm,照，环境温度,60,，分子可持续单向旋转,Company Logo,从分子开关到分子马达,第一代光驱动分子旋转马达,分子马达的两个光驱动过程非常快，因此决定马达转速的为两个热过程。,马达上部围绕中心双键运动，下部结构可能导致对上部立体旋转造成阻碍，从而减缓旋转速度，因此通过对下部结构进行调整而设计了,第二代光驱动旋转马达,Company Logo,从分子开关到分子马达,第二代光驱动分子旋转马达,第一代与第二代旋转马达结构对比,Company Logo,从分子开关到分子马达,分子马达在表面上的固化,-,在纳米金颗粒表面,原理示意,圆二色光谱表征的不同旋转状态,Company Logo,从分子开关到分子马达,分子马达在表面上的固化,-,在石英表面,Company Logo,分子马达的一些应用,1,、引起液晶象变化，控制微小物体的运动,2,、马达形成晶体后受外界刺激发生形变,3,、对微小物体实现长距离运输,Company Logo,分子马达的一些应用,引起液晶象变化，控制微小物体的运动,液晶表面原子力显微照片,参杂分子马达对液晶象变化的模型,液晶表面微小物体的运动,Company Logo,分子马达的一些应用,马达形成晶体后受外界刺激发生形变,Company Logo,分子马达的一些应用,对微小物体实现长距离运输,人工过氧化氢酶体系推动二氧化硅粒子,Company Logo,分子马达的一些应用,对微小物体实现长距离运输,葡萄糖氧化酶与过氧化氢酶偶联体系推动碳纳米管原理,Company Logo,前景及展望,我们已实现如循环运动、定向运动、物体输送、阀门开关等功能,溶液中的布朗运动、工作的兼容性、多组分系统、能量转换过程还不可随意控制,研究与生物大分子相结合，制造人工,-,生物结合的复合机器（如人工设计,DNA,）,这些系统中蕴藏的机遇和挑战，会对未来的分子机器产生巨大的影响,Company Logo,Thank You!,