作者:Thamarasee Jeewandara，Phys
（同organic）有机 ILQINS原纤维的纳米力学性能
1)原子力显微镜高度，2)三维原子力显微镜高度，3)原子力显微镜振幅，4)原子力显微镜DMT模量
e)来自(d)部分的ILQINS原纤维的DMT模量
纤维的DMT模量直方图
学分:高级科学，doi:10
1002/advs
202002182 淀粉样蛋白是指在器官和组织中发现的异常细胞外纤维和蛋白质沉积物，它们形成不可溶的抗降解结构
它们的形成可以伴随疾病，其中每种疾病都以特定的蛋白质或肽聚集体为特征
淀粉样原纤维和纳米晶体的纳米力学性质取决于它们的二级和四级结构以及分子间几何形状
科学家们使用先进的成像方法，包括原子力显微镜(AFM)来揭示淀粉样蛋白的形态和机械异质性，尽管很难基于传统的光谱方法获得全面的理解
在最近发表在《高级科学》杂志上的一份报告中，约泽夫·亚当克和苏黎世联邦理工学院、剑桥大学、卢森堡大学和上海大学的一个国际研究小组展示了组合的单分子纳米光谱方法
他们将这些技术与原子模型相结合，以理解基于纳米级六肽的淀粉样原纤维向淀粉样微晶的结构转变
他们将硬化的起源归功于分子间β-片状结构含量的增加
杨氏模量刚度的增加与分子间氢键和平行β-片结构密度的增加相关，从而在能量上稳定了晶体
材料科学中的淀粉样物质 淀粉样蛋白是由蛋白质或肽产生的高度有序的结构，与一系列疾病有关，包括许多神经退行性疾病，如阿尔茨海默病、帕金森病、克罗伊茨费尔特-雅各布病和牛海绵状脑病
了解它们的生物物理特性可以为抑制它们的形成提供大量的新信息
然而，在材料科学中，大量肽和蛋白质自组装成淀粉样结构的能力开辟了一种利用它们开发用于生物医学和纳米技术应用的新型纳米材料的方法
因此，材料科学家渴望在更广泛的背景下获得淀粉样物质的结构和形态的详细知识，以应用于医学和纳米技术
在这项工作中，阿达姆克等人
检查了六肽模型系统的多态性，并使用单分子能力的原子力显微镜进行分析
该方法将原子力显微镜(原子力显微镜)和红外技术与原子模型相结合，在单个聚集体的尺度上研究和关联原纤维及其晶体形式的纳米机械、化学和结构特性
IFQINS原纤维(F)、中间晶体(IC)和晶体(C)的纳米力学性质
1)原子力显微镜高度，2)三维原子力显微镜高度，3)原子力显微镜振幅，4)原子力显微镜DMT模量
e)来自(d)部分的IFQINS原纤维的DMT模量
纤维的DMT模量直方图
红色对应于原纤维的DMT模量，绿色表示中间晶体，蓝色对应于晶体的DMT模量
学分:高级科学，doi:10
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202002182 峰值力定量纳米机械制图原子力显微镜 该小组首先分析了ILQINS六肽(一种淀粉样蛋白形成片段)，以了解纳米机械和结构特性的差异
他们提取了约30种不同原纤维的杨氏模量，其值(2-3 GPa)是淀粉样原纤维的典型值
然后，他们观察了另一种六肽IFQINS -另一种淀粉样蛋白形成片段，以显示具有右旋螺旋带、右旋和左旋扭曲带、中间晶体和晶体结构的原纤维共存
在这种情况下，杨氏模量是不同的，并允许研究人员区分每种结构形态
例如，红色显示的原纤维具有2-3 GPa范围内的杨氏模量，很像从ILQINS自组装的原纤维
对于用蓝色描绘的晶体，模量在5-6 GPa的范围内，而在绿色中看到的中间晶体分布在2-5 GPa的范围内
此外，TFQINS淀粉样结构自组装成带有少量扭曲条带的微晶，其趋势与IFQINS六肽相似
该小组还获得了TFQINS的纤维到晶体转变的杨氏模量的详细分析
TFQINS晶体的纳米力学性质
a)原子力显微镜高度，b)三维原子力显微镜高度，c)原子力显微镜振幅，以及TFQINS晶体的原子力显微镜DMT模量
e)来自第(d)部分的TFQINS晶体的DMT模量
第(五)部分TFQINS晶体的DMT模直方图
学分:高级科学，doi:10
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202002182 红外纳米光谱术 Adamcik等人
然后应用红外光谱进一步了解纳米力学性质与单纤维和晶体的化学二级结构不均匀性之间的关系
由于其异质性，他们选择了干扰素诱导蛋白肽用于原子力显微镜-红外光谱工具的实验
科学家们使用该技术观察了形态图，显示了扭曲的原纤维和晶体在纳米尺度上的共存
原子力显微镜-红外光谱系统可以对酰胺带进行光谱解析，酰胺带通常被称为蛋白质或肽的指纹
科学家们研究了从原纤维晶体到中间晶体再到晶体状态转变过程中的细微结构变化，表明分子间平行β-折叠含量净增加，反平行β-折叠构象略有增加
该团队将这一结果归功于从原纤维到晶体状态的杨氏模量的增加，其中红外光谱法和原子力显微镜压痕法提供了原子尺度组织的概要
原子模拟 接下来，研究人员对压痕过程进行了原子模拟，以进一步研究淀粉样物质在获得晶体状顺序后的性质变化
他们使用ILQINS肽进行这些模拟，以了解厚淀粉样蛋白和薄淀粉样蛋白模型的版本
与厚结构相比，薄结构的骨架不太紧凑
晶体的杨氏模量比扭曲的类淀粉体的杨氏模量高3
6 GPa，显示晶体的有序性大于原纤维，很像实验压痕
综上所述，结果表明淀粉样蛋白中的原纤维到晶体的转变与分子间β-折叠和氢键的增加有关，这导致酰胺ⅰ带向较低振动频率的移动
这种转变使得晶体结构基于振动熵和氢键的长程有序而变得稳定
这项工作提供了一个清晰的从纤维到晶体转变的过程，以形成异常稳定的淀粉样晶体
TFQINS纤丝/晶体转变的纳米力学性质
TFQINS晶体的原子力显微镜DMT模量
b)来自部分(a)的TFQINS晶体的DMT模量
c)通过指定区域染成红色、绿色或蓝色的TFQINS晶体的原子力显微镜DMT模量
TFQINS晶体的DMT模直方图
红色和绿色分别表示原纤维/晶体过渡区的扭曲或平坦部分；蓝色对应于晶体区域
学分:高级科学，doi:10
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202002182 前景 这样，Jozef Adamcik和他的同事将单分子原子力显微镜成像、纳米压痕和纳米化学光谱学与原子建模相结合，以理解淀粉样多晶型物的纳米力学和振动特性。
他们观察了从原纤维到微晶的转变，并研究了一系列六肽片段(包括ILQINS、IFQINS和TFQINS)
淀粉样原纤维和微晶表现出不同的杨氏模量，其中淀粉样晶体具有较大的杨氏模量，这是由于微晶结构中分子间β-片的密度和有序性较高
这项工作为淀粉样聚集体的原子、介观和振动特性提供了一张前所未有的地图，以阐明热力学稳定的淀粉样晶体的分子来源，用于材料科学到纳米医学的应用
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