生物大分子自组装
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生物大分子自组装
表征手段
1. 扫描隧道显微镜（STM）、扫描电镜(SEM)
和原子力显微镜(AFM):排列、取向、空间构 象
2.红外光谱、核磁共振谱（NMR）、荧光分析 和光电子能谱能获得组装体系的分子结构信息； 椭圆光度法、X射线衍射晶体分析及极化光谱 法用来研究自组装膜的厚度、结构组成等性质； 接触角法可了解表面疏水亲水性；差示扫描量 热（DSC）用以研究体系热力学性质。
来实现，从而得到所需要的纳米结构。
目前来说，蛋白质分子自组装最常用的方 法就是去溶剂法。
生物大分子自组装
1.利用有机溶剂使得蛋白质分子去溶剂 化，然后用戊二醛交联得到蛋白质纳米 颗粒。
2.利用乙醇对人血清白蛋白的去溶剂化 作用得到纳米颗粒
3.利用丝蛋白的特殊结构
生物大分子自组装
应用
主要用于纳米药物载体制备 主要包含蛋白质( 如明胶、白蛋白、丝蛋
生物大分子自组装
2.姜黄素
生物大分子自组装
20个氨基酸 组成，赖氨 酸和缬氨酸 交替组成两 个臂，由于 赖氨酸带电 性质，静电 斥力作用多 肽折叠成一 个发夹，缬 氨酸具有疏 水性，发夹 与发夹之间 通过疏水性 与横向氢键 得到延伸。
3.海藻酸钠
由古洛糖醛酸（记为G酸）及其立体异构体甘露 糖醛酸（记为M酸）两种结构单元以三种方式 （MM段、GG段和MG段）通过α(1-4)糖苷键链接 而成的一种无支链的线性生物共大分聚子物自组装
2.采用乙二醇对壳聚糖分子进行接枝改性以增强其水 溶性，从而改善壳聚糖在中性环境下的溶解性问题
3.在亲水性壳聚糖的基础上，研究者们又在壳聚糖分 子链上接枝不同的疏水链段来改善其两亲性
生物大分子自组装
二.蛋白质的自组装
蛋白质分子的自组装主要通过在蛋白质溶 液中加入有机溶剂、改变温度或者pH值等方法
生物大分子自组装
2.组分的影响
组分的结构和数目对自组装超分子聚集体 的结构有很大的影响。
Bushra Siddique和Jean Duhamel研究了多肽序列对 多肽自组装的影响。结果发现，不同序列的氨基酸自 组装多肽HLB值不同，含有较多天冬氨酸的多肽序列形 成亲水性多肽，而苯丙氨酸含量较高的多肽序列则形 成疏水性多肽。
生物大分子自组装
研究进展
一.多糖及其衍生物的自组装
壳聚糖分子链上的氨基和羟基都可以作为 化学修饰的位点，通过一定的化学改性就可以 得到含有不同种类亲疏水性链段的壳聚糖衍生 物，大大增加了它在药物缓释体系中的应用。
生物大分子自组装
1.制备了脱氧胆酸改性的壳聚糖并且在水溶液中组装 成161—180nm 的颗粒
白等) 和多糖( 如壳聚糖、海藻酸钠、环 糊精、果胶等) 两大类。
生物大分子自组装
1.自组装肽/鞣质酸
双（N-乙酰氨基-苏氨酸） -1,5 - 戊烷二羧酸二甲酯
庚二酸（0.15克，0.94毫摩 尔）,EDAC（0.05克，0.32 毫摩尔）和1 - 羟基苯并三唑 （0.05克，0.37毫摩尔）溶 解在DMF中,该混合物被冷却 至5℃并振摇1小时。然后加 入苏氨酸甲酯盐酸盐（0.3克 ，1.8毫摩尔），和三乙胺（ 5升），5 ℃下搅拌24小时
展望
1.自组装问题的缺陷是明显的，目前所做的研究更多 的是关注自组装体的结构和功能,而对于自组装过程的 形成机制却很少被揭示,进一步探索并发现自组装的组 装机制及规则无疑是一个重要研究方向
2.生物大分子作为自组装材料有其天然的优越性，如 碱基互补配对、氨基酸识别等等，但目前为止，相关 研究并不充分，真正能应用的工业生产的材料几乎没 有
生物大分子自组装
生物大分子自组装
目录
1.引言 2. 原理 3.影响因素 4.表征手段 5.研究进展 6.应用 7.展望
生物大分子自组装
引言
自组装（self-assembly）：是指基本结 构单元（分子，纳米材料，微米或更大 尺度的物质）自发形成有序结构的一种 技术 。
在自组装的过程中，基本结构单元在基于非共价键的 相互作用下自发的组织或聚集为一个稳定、具有一定 规则几何外观的结构。
生物大分子自组装
谢谢
生物大分子自组装
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生物大分子自组装
3.溶剂的影响
溶剂的性质及结构上的不同都可能导致自组装体 系结构发生重大改变。任何破坏非共价键的溶剂,都可 能会影响到自组装过程的进行,包括溶剂的类型、密度、 ｐＨ值以及浓度等。
Mingyan Yan等人在使用狭鳕皮肤胶原蛋白进行自组装的时候发现， 当胶原蛋白浓度达到0.6mg/ml时，可加速自组装过程，这一结果说明高 浓度可加速自组装过程；当ph值为7.2时，自组装速率常数最大；当NaCl 浓度为30至60mM时，更适合于胶原蛋白自组装
4.环糊精
环糊精的结构
羟基—OH构成环糊精的亲水表面 碳链骨架构成了环糊精的疏水内空腔
Hydrophobic cavity
hydrophilic surface
17
生物大分子自组装
环糊精接上一个疏水基团（如Ph-C4H9），这个基团 通过识别环糊精疏水性的内腔，自组装成长链。
18 生物大分子自组装
生物大分子自组装
原理
利用分子与分子或分子中某一片段与另一片段 之间的分子识别,相互通过非共价作用形成具有 特定排列顺序的分子聚合体 。
分子自发地通过无数非共价键的弱相互作用力 的协同作用是发生自组装的关键。
自组装的动力以及导向作用
生物大分子自组装
影响因素
1.分子识别的影响
包括分子间有几何 尺寸、形状上的相互识 别以及分子对氢键、π-π 相互作用等非共价相互 作用力的识别
表征手段
1. 扫描隧道显微镜（STM）、扫描电镜(SEM)
和原子力显微镜(AFM):排列、取向、空间构 象
2.红外光谱、核磁共振谱（NMR）、荧光分析 和光电子能谱能获得组装体系的分子结构信息； 椭圆光度法、X射线衍射晶体分析及极化光谱 法用来研究自组装膜的厚度、结构组成等性质； 接触角法可了解表面疏水亲水性；差示扫描量 热（DSC）用以研究体系热力学性质。
来实现，从而得到所需要的纳米结构。
目前来说，蛋白质分子自组装最常用的方 法就是去溶剂法。
生物大分子自组装
1.利用有机溶剂使得蛋白质分子去溶剂 化，然后用戊二醛交联得到蛋白质纳米 颗粒。
2.利用乙醇对人血清白蛋白的去溶剂化 作用得到纳米颗粒
3.利用丝蛋白的特殊结构
生物大分子自组装
应用
主要用于纳米药物载体制备 主要包含蛋白质( 如明胶、白蛋白、丝蛋
生物大分子自组装
2.姜黄素
生物大分子自组装
20个氨基酸 组成，赖氨 酸和缬氨酸 交替组成两 个臂，由于 赖氨酸带电 性质，静电 斥力作用多 肽折叠成一 个发夹，缬 氨酸具有疏 水性，发夹 与发夹之间 通过疏水性 与横向氢键 得到延伸。
3.海藻酸钠
由古洛糖醛酸（记为G酸）及其立体异构体甘露 糖醛酸（记为M酸）两种结构单元以三种方式 （MM段、GG段和MG段）通过α(1-4)糖苷键链接 而成的一种无支链的线性生物共大分聚子物自组装
2.采用乙二醇对壳聚糖分子进行接枝改性以增强其水 溶性，从而改善壳聚糖在中性环境下的溶解性问题
3.在亲水性壳聚糖的基础上，研究者们又在壳聚糖分 子链上接枝不同的疏水链段来改善其两亲性
生物大分子自组装
二.蛋白质的自组装
蛋白质分子的自组装主要通过在蛋白质溶 液中加入有机溶剂、改变温度或者pH值等方法
生物大分子自组装
2.组分的影响
组分的结构和数目对自组装超分子聚集体 的结构有很大的影响。
Bushra Siddique和Jean Duhamel研究了多肽序列对 多肽自组装的影响。结果发现，不同序列的氨基酸自 组装多肽HLB值不同，含有较多天冬氨酸的多肽序列形 成亲水性多肽，而苯丙氨酸含量较高的多肽序列则形 成疏水性多肽。
生物大分子自组装
研究进展
一.多糖及其衍生物的自组装
壳聚糖分子链上的氨基和羟基都可以作为 化学修饰的位点，通过一定的化学改性就可以 得到含有不同种类亲疏水性链段的壳聚糖衍生 物，大大增加了它在药物缓释体系中的应用。
生物大分子自组装
1.制备了脱氧胆酸改性的壳聚糖并且在水溶液中组装 成161—180nm 的颗粒
白等) 和多糖( 如壳聚糖、海藻酸钠、环 糊精、果胶等) 两大类。
生物大分子自组装
1.自组装肽/鞣质酸
双（N-乙酰氨基-苏氨酸） -1,5 - 戊烷二羧酸二甲酯
庚二酸（0.15克，0.94毫摩 尔）,EDAC（0.05克，0.32 毫摩尔）和1 - 羟基苯并三唑 （0.05克，0.37毫摩尔）溶 解在DMF中,该混合物被冷却 至5℃并振摇1小时。然后加 入苏氨酸甲酯盐酸盐（0.3克 ，1.8毫摩尔），和三乙胺（ 5升），5 ℃下搅拌24小时
展望
1.自组装问题的缺陷是明显的，目前所做的研究更多 的是关注自组装体的结构和功能,而对于自组装过程的 形成机制却很少被揭示,进一步探索并发现自组装的组 装机制及规则无疑是一个重要研究方向
2.生物大分子作为自组装材料有其天然的优越性，如 碱基互补配对、氨基酸识别等等，但目前为止，相关 研究并不充分，真正能应用的工业生产的材料几乎没 有
生物大分子自组装
生物大分子自组装
目录
1.引言 2. 原理 3.影响因素 4.表征手段 5.研究进展 6.应用 7.展望
生物大分子自组装
引言
自组装（self-assembly）：是指基本结 构单元（分子，纳米材料，微米或更大 尺度的物质）自发形成有序结构的一种 技术 。
在自组装的过程中，基本结构单元在基于非共价键的 相互作用下自发的组织或聚集为一个稳定、具有一定 规则几何外观的结构。
生物大分子自组装
谢谢
生物大分子自组装
此课件下载可自行编辑修改，参考！ 感谢你的支持，我们会努力做得更好！
生物大分子自组装
3.溶剂的影响
溶剂的性质及结构上的不同都可能导致自组装体 系结构发生重大改变。任何破坏非共价键的溶剂,都可 能会影响到自组装过程的进行,包括溶剂的类型、密度、 ｐＨ值以及浓度等。
Mingyan Yan等人在使用狭鳕皮肤胶原蛋白进行自组装的时候发现， 当胶原蛋白浓度达到0.6mg/ml时，可加速自组装过程，这一结果说明高 浓度可加速自组装过程；当ph值为7.2时，自组装速率常数最大；当NaCl 浓度为30至60mM时，更适合于胶原蛋白自组装
4.环糊精
环糊精的结构
羟基—OH构成环糊精的亲水表面 碳链骨架构成了环糊精的疏水内空腔
Hydrophobic cavity
hydrophilic surface
17
生物大分子自组装
环糊精接上一个疏水基团（如Ph-C4H9），这个基团 通过识别环糊精疏水性的内腔，自组装成长链。
18 生物大分子自组装
生物大分子自组装
原理
利用分子与分子或分子中某一片段与另一片段 之间的分子识别,相互通过非共价作用形成具有 特定排列顺序的分子聚合体 。
分子自发地通过无数非共价键的弱相互作用力 的协同作用是发生自组装的关键。
自组装的动力以及导向作用
生物大分子自组装
影响因素
1.分子识别的影响
包括分子间有几何 尺寸、形状上的相互识 别以及分子对氢键、π-π 相互作用等非共价相互 作用力的识别