作者:Thamarasee Jeewandara，Phys
（同organic）有机 阴离子超级电容器的结构、质子传导率测量装置以及这些装置中不同超级电容器的性能
(一)具有不同电荷密度的超级电容器的一级结构
(二)沉积在金集成电路上的蛋白质薄膜的制备方案
(三)样品E72在不同相对湿度下奈奎斯特曲线形状的阻抗测量
图(ii)是由蓝色正方形指示的(I)的放大区域
样品E72、HC_E35和DC_E108的蛋白质薄膜的奈奎斯特图，在相对湿度= 90%时平衡
观察到的半圆与x轴的外推截距表示样品电阻，其比例为HC _ E35 >；E72 >。DC_E108
学分:科学进步，doi: 10
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abc0810 质子是带正电荷的亚原子粒子
质子转移在自然现象和人工技术中起着重要作用
但是在生物材料和装置中控制质子传导和制造仍然是一个挑战
在一份新的报告中，马超和中国、荷兰和德国的跨学科科学家团队合理地设计了质子传导蛋白质组成材料，超过了以前报道的蛋白质(由蛋白质组成或含有蛋白质)系统
他们通过逐步探索肽序列发展了这种结构，从内在无序的线圈到蛋白质增强的多肽嵌合体
新的设计范例为在人工和生物系统的界面上制造生物转子装置提供了潜力，其结果发表在《科学进展》上
质子传导负责生物学中的基本过程，包括生物发光、5’-三磷酸腺苷(ATP)的合成和光触发的质子转移
生物工程和材料科学家先前已经开发了几种具有质子转移行为的合成材料，包括混合系统，尽管它们的缺点阻碍了生物电子学和生物技术领域
为了开发专用于质子传导的生物材料，科学家必须探索支架和序列，以了解其固有的质子传导行为
在水合状态下，质子可以通过水分子沿着相邻的键网络传输，这种机制被称为质子跳跃，它被用作从头设计质子传导结构的蓝图
e
从头开始)
在这项工作中，马等人
开发了一种逐步的、基于蛋白质的质子传导膜，其中含有一组未折叠的、阴离子增压的多肽(SUPs)，含有谷氨酸残基
基底蛋白膜及其扫描电镜和原子力显微镜表征
(一)通过本研究中使用的滴铸技术制备质子传导多肽和蛋白质膜的示意性程序
(二)扫描电子显微镜(SEM)图像显示了我们定制的薄膜(此处显示E72作为一个例子)在电极上的平坦和均匀的形态
a)左侧的锯齿边缘是b)中横截面成像的截断位置
刮伤薄膜表面的原子力显微镜图像(顶部)及其相应的高度轮廓(底部)
样本E72在此显示为一个示例
学分:科学进步，doi: 10
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abc0810 开发质子传导蛋白质材料 在质子传导膜的多肽骨架中，亲水(亲水)带电部分充当质子载体
研究小组研究了这些未折叠系统的质子传导性能，以获得独立的膜，并通过用阴离子SUPs模拟类似丝的β-片结构以形成自组装纳米结构来完善结构设计
研究小组用密集的羧酸基团修饰表面，用于水合、质子解离和形成质子传导途径
这种机械稳定的独立式膜在突出的质子传导性方面超过了迄今报道的基于蛋白质的系统的传输特性
该团队从弹性蛋白中获得了超负荷蛋白质；之前探索了蛋白质工程和界面修饰的应用
他们将谷氨酸(缩写为Glu或E)引入蛋白质序列的X位点，在生理条件下可以很容易地去质子化，形成非结构化的负增压多肽(SUP-Es)
然后，他们构建了被称为E72、HC_E35和DC_E108的增压多肽的三种不同变体
马等
使用电化学阻抗谱(EIS)和金叉指电极(IDEs)来评估薄膜质子传导和测量作为相对湿度函数的质子传输
当湿度增加到90%时，由于通过材料的羧酸(-COOH)基团吸收大量水分子，质子转移得到改善
除了相对湿度，他们还研究了感兴趣样品的质子传导与电荷载流子密度的关系
通过调整无序蛋白质的电荷密度，马等
成功控制膜内蛋白质的质子传导行为
由于超高分子量聚合物薄膜的高稳定性和均匀性，该装置没有显示出缺陷的迹象
增压30GFP由用于质子传导的纳米级β桶形褶皱组成
(一)蛋白质表面有过量谷氨酸/天冬氨酸(红色)的增压30绿色荧光蛋白的3D结构
左边的卡通形象化了表面模式下的结构，用蓝色显示正的残基，用红色显示负的残基
右图将30GFP可视化为一个带状图，专门呈现负电荷
(二)在90%相对湿度下，在奈奎斯特图中对样品30绿色荧光蛋白(黄色固体点)的阻抗测量，与其他超高强度样品进行比较
(C)样品E72、HC_E35、DC_E108和30GFP之间的电导比较(**P = 0
004，n >。3)
(四)GIXD模式对不同电影结构的考察
在纳米结构30GFP(左)中观察到两种不同的信号，而在E72膜中没有检测到信号(右)，表明其非结构化性质
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abc0810 折叠蛋白骨架与蜘蛛网发育 马等
然后进一步研究折叠的纳米蛋白质骨架，并在纳米支架的表面添加羧酸——类似于SUPs
利用x光衍射，他们研究了增压蛋白质样品内部的结构信息，以获得其结构域的独特特征，展示纳米结构成分如何促进质子转移
这项工作让团队能够合理地设计蛋白质基序来进行质子传导
受质子传导率增加的激励，马等
将最终的设计元素与现有的超级多肽结构相结合
他们没有在材料结构中使用β-桶形图案，而是使用了机械稳定的β-片状结构——从蜘蛛丝中获得的序列
他们将具有β-折叠序列的阴离子超级聚合物的组合系统命名为“蜘蛛-E”
科学家们在实验室使用质粒载体表达系统生产了重组阴离子蜘蛛-大肠杆菌材料，并使用x光衍射、傅里叶变换红外光谱和原子力显微镜确定了其结构
与单独的无定形超薄膜相比，蜘蛛膜显示出更高的质子传导性
集成电路上重组增压蜘蛛膜的序列、结构和质子传导
(一)合理设计的增压蜘蛛丝启发蛋白(spider-E)
蜘蛛图案包含聚腺苷酸序列(绿色)和阴离子增压区(红色)，它们在刚性β片之间形成环
(二)蜘蛛网支撑膜的结构分析
GIXD检测到两个峰，分别表示特征片间和片间距离
(3)薄膜的傅里叶变换红外光谱表征表明E72样品(灰色虚线)为随机线圈，酰胺ⅰ峰位于1640cm-1，蜘蛛-E样品(红色实线)为典型的β片状酰胺ⅰ峰，位于1620cm-1
(四)蜘蛛网支撑膜的形态分析
原子力显微镜定量分析蜘蛛β片域组装的纳米结构
该样品是通过水接触引起膜的大范围膨胀以诱导结构域之间的分离而获得的
(五)在相对湿度= 90%时获得的五个基因工程样本的奈奎斯特图，其中包括蜘蛛E
蜘蛛E样品的阻抗曲线显示所有样品中较低的电阻值(红色)
(六)所得装置的电导比较表明，由于蛋白质设计的改进，转运特性逐步提高
IDEs上蜘蛛E薄膜的质子输运明显高于HC_E35 (***P = 0
0009，n >。3)和DC_E108 (*P = 0
0155，n >。3)
学分:科学进步，doi: 10
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abc0810 描述蜘蛛网的材料结构 β-片状结构材料体系作为一种易于生产的自支撑膜显示出改善的机械性能
比如马等人
在实验室中滴铸蜘蛛-大肠杆菌溶液以制造透明的肉眼可见的膜
结果显示，由于包含蜘蛛基序，该构建体具有与重组蜘蛛丝材料相当的屈服强度，因此具有机械强度
研究人员展示了蜘蛛图案是如何形成β-片状结构结构域的，该结构域具有由富含谷氨酸的超链组成的亲水表面，以促进优异的质子跳跃
这项研究突破了现有蛋白质质子传导材料的限制，代表了蛋白质工程的一个重要例子
这项工作代表了第一批将蛋白质工程和整体结构的合理设计与分子集合的集体属性相结合的例子之一
具有非凡质子转移性能的大块独立式嵌合蜘蛛膜
一张数码照片显示了薄膜的尺寸和透明度
用一把细镊子夹住蛋白膜
图片来源:格罗宁根大学马超分校
(二)独立式(FS)蛋白膜的机械特性，显示典型的拉伸曲线
(三)奈奎斯特图，说明了不同相对湿度条件下蜘蛛膜的电导行为
该膜在90%相对湿度下显示出最佳的质子转移性能
(四)在相对湿度为30%和90%的条件下，蜘蛛膜的原子力显微镜表征
比例尺，100纳米
蓝色箭头指向可区分的纳米结构
(五)在相对湿度为90%的条件下，质子在蛛网膜中的传输机制
质子在水分子之间跳跃，这些水分子纳米复合在由蜘蛛β片基序(绿色)形成的纳米域的水合网络中
嵌合纳米结构中的谷氨酸残基在表面呈现羧基(红色)，提供质子和配位水分子
学分:科学进步，doi: 10
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abc0810 通过这种方式，马超和他的同事应用合理的分子从头设计和工程，获得了一种生物灵感蛋白衍生的大块材料，它具有强大的质子传导性能和优异的机械稳定性
他们使用一系列生物物理工具测试了表面修饰
该团队开发了新一代生物感应散装材料，并探索了连续序列设计，为生物技术应用提供了一个有前途的平台，并展望了这种材料在未来小型化生物燃料电池质子传输中的应用
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