L-胱氨酸组装体的STM研究
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（１ ．南开大学 物理科学学 院 ，天津 ３ ０ ７ ；２ ０ ０ １ ．南开大学 生物活性材料教育部重点实验室 ，天津 ３ ０ ７ ０ ０ １）
摘 要 ： 用 隧 道 扫 描 显微 镜 在 室 温 低 真 空 条 件 下 ， 高定 向裂 解 石 墨 表 面 对 自组 装 Ｌ 胱 氨 酸 及 其 脱 水 后 状 利 在 一 态进 行 探 测 ． 验 表 明 ， 附 在 ＨＰ 实 吸 ＯＧ 表 面 的 Ｌ 胱 氨 酸 相 对 完 全 干 燥 的 组 装 体 表 现 出更 加 有 序 的 吸附 状 态 ． 一 通 过 比较 含 水 和 脱 水 样 品 的单 体 图形 ， 分析 了分 子 骨 架 以 及 内 部二 硫 键 的 变 化 ． 水 作 用 、 尖 样 品 的 作 用 以及 分 疏 针
收 稿 日期 ：０ ６０—９ ２ ０ —６１
作者简介 ： 吴
雪 （９ ９ ， ， １ ６ 一）男 四川荣县人 ， 副教 授， 主要从事扫描探针显微技术与生物谱学研究．
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・５ ８・
南 开 大学 学 报 （ 自然 科 学 版 ）
第 ４ Ｏ卷
０ 引
言
自从 Ｌ ｐｎ ｋ 用 隧道扫 描显微 镜 （ ＴＭ） 现手性 分 子 的识 别 ， 内外兴起 了应用 扫描 探针 显微 技术 ｏ ｉｓ ｉ Ｓ 实 国 对手 性分 子进行 研究 的热 潮口 ， 州］主要仍 然采 用 高真 空 的 Ｓ Ｍ 进行 研究 ． Ｔ 国内 中科 院化 学所 的 白春 礼 、 万 立骏 研究 小组进 行有 机分 子 的手性 研 究 ， 京 大学 的杨 威 生 、 学 应等 人采 用 高真 空 的 Ｓ Ｍ 开 展 了表 面 北 赵 Ｔ 手性 分子 的 Ｓ ＴＭ 研 究 ， 不 同极性 的氨基 酸在 金 属表 面 的吸 附行 为进 行 了抽样 研 究 ， 步 了解 了氨 基酸 对 初 在金 属 表 面的 吸附 行 为Ｅ １． ７ １ 值得 关 注 的 是 ， 室温 以及 大气 环 境 下 ， ｓｒ ｐ等人 利 用 Ｓ Ｍ 对 Ｌ 胱 氨 ￣３ 在 Ｕｌ ｕ ｔ Ｔ 一 酸 在金 衬 底表 面 的组 装 行 为 进 行 了 研究 ， 明 在真 实 环 境 中 对手 性 单 分 子 的研究 已经 具 有 一 定 的 可行 表
研 究具 有特殊 的意义 ， 由于水 的作 用 ， 在界 面上会 表现 出特 殊 的行 为．
１ 实 验 部 分
１ １ 材 料与 制备 ．
样品： 所用 Ｌ 胱 氨酸样 品 为纯度 大 于 ９ ． 一 ９ ０％的 白色 颗粒 状 晶体 ， 西格 玛公 司购买 ． 从 样 品处理 ： Ｌ 胱 氨 酸样 品 配 制成 浓度 为 ０ ６ｍｇ Ｌ的溶 液 ， 将 一 ． ／ 用毛 细 管 吸附 ｌ Ｌ， 加 在新 解 理 的 Ｏｆ 滴 ￡ ＨＯ Ｇ表 面 ， 室温下 真空 干燥 ， ＨＯＰ 上形 成一 层单 层膜 ． Ｐ 在 在 Ｇ
性 引．
作 为 两个半 胱 氨酸 缩合 而成 的胱 氨 酸 ， 中的 ＳＳ在 生物 学 上很 重要 ， 其 — 值得 关 注 的是 ， 氨酸 有强 烈 胱 的疏水 性． 以往 的研究认 为 氨基 酸 的主链或 侧链 上 的原 子与石 墨原 子作 用力 比较 弱 ， 因此在 探测 中 以高定
向裂解 石墨 （ ＨＯＰ 为衬底 时 ， Ｇ） 比较 难 以得到 比较 清晰 的结 果并进 行 解释 ． 以水 为溶 剂 的生 物样 品进 行 对
子 间作用 力是诱导样品有序排列 的主要原 因． 高分辨的 图形对 于吸附在 固体表 面水溶生物 样品的研究 ， 获取分
子 内部 信 息 很 有 意 义 ．
关 键 词 ： 一 氨 酸 ；自组 装 ；隧 道 扫 描 显微 镜 ； 扑 结 构 Ｌ胱 拓
中 图分 类 号 ： Ｈ７ ２ ９ Ｔ ４ ． 文献标识码 ： Ａ
１２ 仪 器与方 法 ．
实验 采用 北京 大 学研 制 的 Ｄ 一 ８ Ｓ型 Ｓ Ｓ ９ ＴＭ ， 针 为 经 Ｎａ 电化 学腐 蚀 处 理直 径 为 ０ ５ｍｍ 的高 探 ＯＨ ． 纯 钨丝 ， 描过 程 中采 用恒 电流模 式 ， 扫 针尖 接地 ， 偏压 加 在样 品上 ， 偏压 为 ３ ０ｍＶ， ０ 隧道 电流 为 １ ３ｎ 扫 ． Ａ， 描 速率 为 ２ ￣２ ０ｎ ｓ 干燥 ３ｈ后探测 得 到 Ｌ 胱 氨酸 的组装 体 图像 ， ０ ０ ｍ／ ． 一 干燥 ３ｄ后探测 样 品彻底 干燥后 的
Ｖｏ ． ０ Ｎ １ １４ ｇ －
Ｆ ｂ ２０ ｅ．０７
Hale Waihona Puke 文 章 编 号 ： ４ ５７４ （０ ７ ０ —０ ７０ ０ ６ —９ ２ ２ ０ ）１０ ５ —３
Ｌ 胱 氨 酸 组 装体 的 Ｓ Ｍ 研 究 一 Ｔ
吴 ， 雪 孙嘉 枫 ， 青 ， 筠 ， 天浩 伦， 李 赵 徐 张
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第４ Ｏ卷 第 １期 ２０ ０ ７年 ２月
南 开 大 学 学 报（ 自然 科 学 版 ） Ａｃ ｃ ｎｉｒｍ ｔｒｌ ｍ ｉｅｓａｉＮａ ｋ ｉ ｓ ｔ Ｓ ｉ ｔ ｕ Ｎａｕ ａｉ Ｕｎｖｒｉ ｔ ｎａｅ ｉ ａ ｅ ａ ｕ ｔ ｓ ｎｓ
图像 ．
２ 结果 与讨 论
图 １为 ＨＯＰ 以及 Ｌ 胱 氨酸沉 积 到 ＨＯＰ 上 ３ｈ后 的 Ｓ Ｇ 一 Ｇ ＴＭ 图像 ， １ ａ 中 的 ＨＯＰ 图像 是一 些 图 （） Ｇ 大小 均 匀 的点 组成 的 ， 图 １ ｂ 中有 一些 点大 ， 外一 些点 较小 ， 律性很 强 ． １ ｂ 所 示矩 形 为基本 单 而 （） 另 规 图 （） 元 ， 大小为 （ ． ±０ ２ ｒ 其 １４ ． ）ｉ ｍＸ（ ． ９ ． ５ ｌ 和胱 氨酸所 占面积约 ４ 的结果 基本 吻合 ， 为是 胱 Ｏ ２ ±０ ０ ）ｉ ｍ， ＯＡ 认 氨酸 单体． 单元 中两个 大 的亮点 间距 约为 （ ． ±０ ４ ＿ ２ ． ）Ａ ， Ｓ ４ 与 —Ｓ键 的键长 基本 吻合 ， 由此 确定 中间两 个 大 点是硫 原子 ， 两侧 的小点则 是氨基 和羧 基 ， 体呈直 线 ． 单 对于 图 中只能分 辨 出较 大 的亮 点 为硫原 子 ， 可解 释为 ： 由于硫 原子 比钨 针尖 的原 子半径 大 ， 性 比较 强 ， 极 因此 能分辨 出来 ． 他原 子 比钨 的半 径 小 ， 其 只能 和 另外 的原 子组成 基 团作 为基本 单元进 行分 辨 ， 果极性 略差 ， 如 呈现 的点 比较 小． 从整 体 图像看 ， 一 氨 酸形 Ｌ胱 成 了非常有 序 的分布 ， 本为 单分子层 ． 基
摘 要 ： 用 隧 道 扫 描 显微 镜 在 室 温 低 真 空 条 件 下 ， 高定 向裂 解 石 墨 表 面 对 自组 装 Ｌ 胱 氨 酸 及 其 脱 水 后 状 利 在 一 态进 行 探 测 ． 验 表 明 ， 附 在 ＨＰ 实 吸 ＯＧ 表 面 的 Ｌ 胱 氨 酸 相 对 完 全 干 燥 的 组 装 体 表 现 出更 加 有 序 的 吸附 状 态 ． 一 通 过 比较 含 水 和 脱 水 样 品 的单 体 图形 ， 分析 了分 子 骨 架 以 及 内 部二 硫 键 的 变 化 ． 水 作 用 、 尖 样 品 的 作 用 以及 分 疏 针
收 稿 日期 ：０ ６０—９ ２ ０ —６１
作者简介 ： 吴
雪 （９ ９ ， ， １ ６ 一）男 四川荣县人 ， 副教 授， 主要从事扫描探针显微技术与生物谱学研究．
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南 开 大学 学 报 （ 自然 科 学 版 ）
第 ４ Ｏ卷
０ 引
言
自从 Ｌ ｐｎ ｋ 用 隧道扫 描显微 镜 （ ＴＭ） 现手性 分 子 的识 别 ， 内外兴起 了应用 扫描 探针 显微 技术 ｏ ｉｓ ｉ Ｓ 实 国 对手 性分 子进行 研究 的热 潮口 ， 州］主要仍 然采 用 高真 空 的 Ｓ Ｍ 进行 研究 ． Ｔ 国内 中科 院化 学所 的 白春 礼 、 万 立骏 研究 小组进 行有 机分 子 的手性 研 究 ， 京 大学 的杨 威 生 、 学 应等 人采 用 高真 空 的 Ｓ Ｍ 开 展 了表 面 北 赵 Ｔ 手性 分子 的 Ｓ ＴＭ 研 究 ， 不 同极性 的氨基 酸在 金 属表 面 的吸 附行 为进 行 了抽样 研 究 ， 步 了解 了氨 基酸 对 初 在金 属 表 面的 吸附 行 为Ｅ １． ７ １ 值得 关 注 的 是 ， 室温 以及 大气 环 境 下 ， ｓｒ ｐ等人 利 用 Ｓ Ｍ 对 Ｌ 胱 氨 ￣３ 在 Ｕｌ ｕ ｔ Ｔ 一 酸 在金 衬 底表 面 的组 装 行 为 进 行 了 研究 ， 明 在真 实 环 境 中 对手 性 单 分 子 的研究 已经 具 有 一 定 的 可行 表
研 究具 有特殊 的意义 ， 由于水 的作 用 ， 在界 面上会 表现 出特 殊 的行 为．
１ 实 验 部 分
１ １ 材 料与 制备 ．
样品： 所用 Ｌ 胱 氨酸样 品 为纯度 大 于 ９ ． 一 ９ ０％的 白色 颗粒 状 晶体 ， 西格 玛公 司购买 ． 从 样 品处理 ： Ｌ 胱 氨 酸样 品 配 制成 浓度 为 ０ ６ｍｇ Ｌ的溶 液 ， 将 一 ． ／ 用毛 细 管 吸附 ｌ Ｌ， 加 在新 解 理 的 Ｏｆ 滴 ￡ ＨＯ Ｇ表 面 ， 室温下 真空 干燥 ， ＨＯＰ 上形 成一 层单 层膜 ． Ｐ 在 在 Ｇ
性 引．
作 为 两个半 胱 氨酸 缩合 而成 的胱 氨 酸 ， 中的 ＳＳ在 生物 学 上很 重要 ， 其 — 值得 关 注 的是 ， 氨酸 有强 烈 胱 的疏水 性． 以往 的研究认 为 氨基 酸 的主链或 侧链 上 的原 子与石 墨原 子作 用力 比较 弱 ， 因此在 探测 中 以高定
向裂解 石墨 （ ＨＯＰ 为衬底 时 ， Ｇ） 比较 难 以得到 比较 清晰 的结 果并进 行 解释 ． 以水 为溶 剂 的生 物样 品进 行 对
子 间作用 力是诱导样品有序排列 的主要原 因． 高分辨的 图形对 于吸附在 固体表 面水溶生物 样品的研究 ， 获取分
子 内部 信 息 很 有 意 义 ．
关 键 词 ： 一 氨 酸 ；自组 装 ；隧 道 扫 描 显微 镜 ； 扑 结 构 Ｌ胱 拓
中 图分 类 号 ： Ｈ７ ２ ９ Ｔ ４ ． 文献标识码 ： Ａ
１２ 仪 器与方 法 ．
实验 采用 北京 大 学研 制 的 Ｄ 一 ８ Ｓ型 Ｓ Ｓ ９ ＴＭ ， 针 为 经 Ｎａ 电化 学腐 蚀 处 理直 径 为 ０ ５ｍｍ 的高 探 ＯＨ ． 纯 钨丝 ， 描过 程 中采 用恒 电流模 式 ， 扫 针尖 接地 ， 偏压 加 在样 品上 ， 偏压 为 ３ ０ｍＶ， ０ 隧道 电流 为 １ ３ｎ 扫 ． Ａ， 描 速率 为 ２ ￣２ ０ｎ ｓ 干燥 ３ｈ后探测 得 到 Ｌ 胱 氨酸 的组装 体 图像 ， ０ ０ ｍ／ ． 一 干燥 ３ｄ后探测 样 品彻底 干燥后 的
Ｖｏ ． ０ Ｎ １ １４ ｇ －
Ｆ ｂ ２０ ｅ．０７
Hale Waihona Puke 文 章 编 号 ： ４ ５７４ （０ ７ ０ —０ ７０ ０ ６ —９ ２ ２ ０ ）１０ ５ —３
Ｌ 胱 氨 酸 组 装体 的 Ｓ Ｍ 研 究 一 Ｔ
吴 ， 雪 孙嘉 枫 ， 青 ， 筠 ， 天浩 伦， 李 赵 徐 张
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第４ Ｏ卷 第 １期 ２０ ０ ７年 ２月
南 开 大 学 学 报（ 自然 科 学 版 ） Ａｃ ｃ ｎｉｒｍ ｔｒｌ ｍ ｉｅｓａｉＮａ ｋ ｉ ｓ ｔ Ｓ ｉ ｔ ｕ Ｎａｕ ａｉ Ｕｎｖｒｉ ｔ ｎａｅ ｉ ａ ｅ ａ ｕ ｔ ｓ ｎｓ
图像 ．
２ 结果 与讨 论
图 １为 ＨＯＰ 以及 Ｌ 胱 氨酸沉 积 到 ＨＯＰ 上 ３ｈ后 的 Ｓ Ｇ 一 Ｇ ＴＭ 图像 ， １ ａ 中 的 ＨＯＰ 图像 是一 些 图 （） Ｇ 大小 均 匀 的点 组成 的 ， 图 １ ｂ 中有 一些 点大 ， 外一 些点 较小 ， 律性很 强 ． １ ｂ 所 示矩 形 为基本 单 而 （） 另 规 图 （） 元 ， 大小为 （ ． ±０ ２ ｒ 其 １４ ． ）ｉ ｍＸ（ ． ９ ． ５ ｌ 和胱 氨酸所 占面积约 ４ 的结果 基本 吻合 ， 为是 胱 Ｏ ２ ±０ ０ ）ｉ ｍ， ＯＡ 认 氨酸 单体． 单元 中两个 大 的亮点 间距 约为 （ ． ±０ ４ ＿ ２ ． ）Ａ ， Ｓ ４ 与 —Ｓ键 的键长 基本 吻合 ， 由此 确定 中间两 个 大 点是硫 原子 ， 两侧 的小点则 是氨基 和羧 基 ， 体呈直 线 ． 单 对于 图 中只能分 辨 出较 大 的亮 点 为硫原 子 ， 可解 释为 ： 由于硫 原子 比钨 针尖 的原 子半径 大 ， 性 比较 强 ， 极 因此 能分辨 出来 ． 他原 子 比钨 的半 径 小 ， 其 只能 和 另外 的原 子组成 基 团作 为基本 单元进 行分 辨 ， 果极性 略差 ， 如 呈现 的点 比较 小． 从整 体 图像看 ， 一 氨 酸形 Ｌ胱 成 了非常有 序 的分布 ， 本为 单分子层 ． 基