化学家发明了变形纳米材料

化学家开发了一种纳米材料，它可以以受控的方式触发从板到管再回到板的形状转变——。纳米材料发表在《美国化学学会杂志》上，该杂志描述了埃默里大学开发并具有潜力的一系列生物医学应用，从控制释放药物输送到组织工程。

这种纳米材料呈片状，比人类头发的宽度薄一万倍，由合成胶原蛋白制成。天然胶原蛋白是人体中最丰富的蛋白质，这使得这种新材料具有固有的生物相容性。

“以前没有人利用我们纳米材料的变形特性来制造胶原蛋白，”该发现的资深作者、埃默里大学生物分子化学教授文森特孔蒂塞洛说。“我们可以简单地通过改变其环境中的酸碱度或酸浓度，将它从片状变成管状，然后再变回来。”

埃默里技术转让办公室已经申请了纳米材料的临时专利。

这一发现的第一批作者是安德里亚梅格(Andrea Merg)和加文图庞斯(Gavin Touponse)，他们是坎蒂大提琴实验室的前博士后研究人员，目前在埃默里大学(Emory University)攻读本科生，在斯坦福大学医学院(Stanford University Science of Medical)学习。这项工作是由埃默里大学与阿尔贡国家实验室、瑞士维利根特的保罗舍勒研究所和巴塞尔大学细胞成像和纳米分析中心的科学家合作完成的。

胶原蛋白是人体结缔组织中的主要结构蛋白，如软骨、骨骼、肌腱、韧带和皮肤。它在血管、肠道、肌肉和身体其他部位也很丰富。

从其他哺乳动物(如猪)提取的胶原蛋白有时用于人类伤口愈合和其他医疗应用。

Conticello的实验室是世界上仅有的几十个致力于开发适用于生物医学和其他复杂技术应用的合成胶原蛋白的实验室之一。这种合成的“设计者”生物材料可以用天然胶原蛋白无法控制的方式来控制。

“早在30年前，我们就可以控制胶原蛋白的序列，”孔蒂塞洛说。“然而，在过去的15年里，由于晶体学和电子显微镜的进步，这个领域确实取得了巨大的进步，这使我们能够更好地分析纳米结构。”

孔蒂大提琴说，埃默里大学开发新的变形纳米材料是“一个偶然的事故”。"它具有运气和设计的元素."

胶原蛋白是由三股纤维组成，像三股绳子一样缠绕在一起。股是不可弯曲的，它们像铅笔一样坚硬，它们紧密地排列成晶体阵列。

Conticello Lab十年来一直在研究它开发的胶原蛋白片。孔蒂塞洛解释说：“一张纸是一个巨大的二维晶体，但由于肽的包装方式，它就像一束绑在一起的铅笔。”“在一捆铅笔中，一半铅笔头朝上，另一半橡皮头朝上。”

Conticello想尝试改进胶原蛋白片，让每一面都局限于一个功能。进一步用铅笔类比，纸的一面全是铅点，另一面全是橡皮。最终目标是通过使一个表面与设备兼容，另一个表面与体内功能蛋白兼容，开发出可与医疗设备集成的胶原蛋白片。

然而，当研究人员将这些不同类型的表面设计成单一的胶原蛋白片时，他们惊讶地发现这会导致这些片像卷轴一样卷曲。然后他们发现变形转化是可逆的。他们可以通过改变纸张所在溶液的酸碱度来控制纸张是平的还是卷曲的。他们还证明，他们可以通过设计在分子水平上控制的方式，在特定的酸碱度下调节片材变形。

孔蒂塞洛说：“特别有趣的是，转变的条件是生理条件。”。“这开启了在受控的实验室条件下将治疗剂放入胶原管的可能性。然后可以调整胶原管，使其进入人体细胞的pH环境后，膨胀并释放其所含的药物分子。”