Самосборка дипептида L-аланил-L-фенилаланин под действием паров метанола с образованием микро- и наноструктур

А.С. Морозова¹, Е.О. Кудрявцева^1,2, С.А. Зиганшина^1,2, М.А. Зиганшин², А.А. Бухараев¹

¹Казанский физико-технический институт им. Е.К. Завойского

ФИЦ Казанский научный центр РАН, г. Казань, 420029, Россия

²Казанский (Приволжский) федеральный университет, г. Казань, 420008, Россия

ОРИГИНАЛЬНАЯ СТАТЬЯ

Полный текст PDF

DOI: 10.26907/2542-064X.2023.1.37-48

Для цитирования: Морозова А.С., Кудрявцева Е.О., Зиганшина С.А., Зиганшин М.А., Бухараев А.А. Самосборка дипептида L-аланил-L-фенилаланин под действием паров метанола с образованием микро- и наноструктур // Учен. зап. Казан. ун-та. Сер. Естеств. науки. – 2023. – Т. 165, кн. 1. – С. 37–48. – doi: 10.26907/2542-064X.2023.1.37-48.

For citation: Morozova A.S., Kudryavtseva E.O., Ziganshina S.A., Ziganshin M.A., Bukharaev A.A. Self-assembly of the dipeptide L-alanyl-L-phenylalanine under the action of methanol vapor with the formation of micro- and nanostructures. Uchenye Zapiski Kazanskogo Universiteta. Seriya Estestvennye Nauki, 2023, vol. 165, no. 1, pp. 37–48. doi: 10.26907/2542-064X.2023.1.37-48. (In Russian)

Аннотация

В последнее время исследователи уделяют большое внимание изучению механизма самосборки короткоцепных пептидов (олигопептидов). Самосборка – это явление, при котором молекулы спонтанно образуют упорядоченную структуру. Особый интерес представляет способность к самосборке у олигопептидов на основе фенилаланина, которые открывают широкие возможности для создания новых функциональных материалов. В настоящей работе методом сканирующей зондовой микроскопии изучена самосборка дипептида L-аланил-L-фенилаланин в тонкой пленке под действием паров метанола. Охарактеризованы микро- и наноструктуры, образующиеся на поверхности аморфных пленок L-аланил-L-фенилаланина. Предложена методика контроля состояния поверхности пленок дипептида с помощью атомно-силовой спектроскопии. Полученные результаты могут быть использованы при разработке подходов для управляемой самосборки олигопептидов с целью создания новых биосовместимых материалов и экологически чистых микро- и наноустройств для решения задач медицины, экологии, энергетики.

Ключевые слова: дипептиды, самосборка, тонкие пленки, микроструктуры, наноструктуры, атомно-силовая микроскопия

Благодарности. Работа выполнена в рамках государственного задания Федерального исследовательского центра «Казанский научный центр РАН» (А.С. Морозова, Е.О. Кудрявцева, А.А. Бухараев), а также за счет средств программы стратегического академического лидерства Казанского (Приволжского) федерального университета (ПРИОРИТЕТ-2030) (С.А. Зиганшина, М.А. Зиганшин).

Литература

1. Ekiz M.S., Cinar G., Khalily M.A., Guler M.O. Self-assembled peptide nanostructures for functional materials // Nanotechnology. – 2016. – V. 27, No 40. – Art. 402002. – doi: 10.1088/0957-4484/27/40/402002.
2. D’Orlyé F., Trapiella-Alfonso L., Lescot C., Pinvidic M., Doan B.T., Varenne A. Synthesis, characterization and evaluation of peptide nanostructures for biomedical applications // Molecules. – 2021. – V. 26, No 15. – Art. 4587. – doi: 10.3390/molecules26154587.
3. Liu N., Zhu L., Li Z., Liu W., Sun M., Zhou Z. In situ self-assembled peptide nanofibers for cancer theranostics // Biomater. Sci. – 2021. – V. 9. – P. 5457–5466. – doi: 10.1039/d1bm00782c.
4. Guo C., Luo Y., Zhou R., Wei G. Triphenylalanine peptides self-assemble into nanospheres and nanorods that are different from the nanovesicles and nanotubes formed by diphenylalanine peptides // Nanoscale. – 2014. – V. 6, No 5. – P. 2800–2811. – doi: 10.1039/C3NR02505E.
5. Naskar J., Banerjee A. Concentration dependent transformation of oligopeptide based nanovesicles to nanotubes and an application of nanovesicles // Asian J. – 2009. – V. 4, No 12. – P. 1817–1823. – doi: 10.1002/asia.200900274.
6. Adler-Abramovich L., Gazit E. The physical properties of supramolecular peptide assemblies: From building block association to technological applications // Chem. Soc. Rev. – 2014. – V. 43, No 20. – P. 6881–6893. – doi: 10.1039/C4CS00164H.
7. Yan X., Li J., Möhwald H. Self-assembly of hexagonal peptide microtubes and their   optical waveguiding // Adv. Mater. – 2011. – V. 23, No 25. – P. 2796–2801. – doi: 10.1002/adma.201100353.
8. Adler-Abramovich L., Kol N., Yanai I., Barlam D., Shneck R.Z., Gazit E., Rousso I. Self-assembled organic nanostructures with metallic-like stiffness // Angew. Chem. – 2010. – V. 49, No 51. – P. 9939–9942. – doi: 10.1002/anie.201002037.
9. Ryan K., Beirne J.G., Redmond G., Kilpatrick J.I., Guyonnet J., Buchete N.V., Kholkin A.L., Rodriguez B.J. Nanoscale piezoelectric properties of self-assembled Fmoc-FF peptide fibrous networks // ACS Appl. Mater. Interfaces. – 2015. – V. 7, No 23. – P. 12702–12707. – doi: 10.1021/acsami.5b01251.
10. Fan T., Yu X., Shen B., Sun L. Peptide self-assembled nanostructures for drug delivery applications // J. Nanomater. – 2017. – V. 2017. – Art. 4562474. – doi: 10.1155/2017/4562474.
11. Habibi N., Kamaly N., Memic A., Shafiee H. Self-assembled peptide-based nanostructures: Smart nanomaterials toward targeted drug delivery // Nano Today. – 2016. – V. 11, No 1. – P. 41–60. – doi: 10.1016/j.nantod.2016.02.004.
12. Kim S., Kim J.H., Lee J.S., Park C.B. Beta-sheet-forming, self-assembled peptide nanomaterials towards optical, energy, and healthcare applications // Small. – 2015. – V. 11, No 30. – P. 3623–3640. – doi: 10.1002/smll.201500169.
13. Fan Z., Sun L., Huang Y., Wang Y., Zhang M. Bioinspired fluorescent dipeptide nanoparticles for targeted cancer cell imaging and real-time monitoring of drug release // Nat. Nanotechnol. – 2016. – V. 11, No 4. – P. 388–394. – doi: 10.1038/nnano.2015.312.
14. Tao K., Makam P., Aizen R., Gazit E. Self-assembling peptide semiconductors // Science. – 2017. – V. 358, No 6365. – Art. eaam9756. – doi: 10.1126/science.aam9756.
15. Yuran S., Razvag Y., Reches M. Coassembly of aromatic dipeptides into biomolecular necklaces // ACS Nano. – 2012. – V. 6, No 11. – P. 9559–9566. – doi: 10.1021/nn302983e.
16. Ryu J., Park Ch.B. High-temperature self-assembly of peptides into vertically well-aligned nanowires by aniline vapor // Adv. Mater. – 2008. – V. 20, No 19. – P. 3754–3758. – doi: 10.1002/adma.200800364.
17. Morozova A.S., Ziganshina S.A., Bukharaev A.A., Ziganshin M.A., Gerasimov A.V. Features of the self-organization of films based on triglycine under the influence of vapors of organic compounds // J. Surf. Invest. – 2020. – V. 3. – P. 73–81. – doi: 10.1134/S102745102003009X.
18. Ziganshin M.A., Morozova A.S, Ziganshina S.A., Vorobev V.V., Suwińska K., Bukharaev A.A., Gorbatchuk V.V. Additive and antagonistic effects of substrate and vapors on self-assembly of glycyl-glycine in thin films // Mol. Cryst. Liq. Cryst. – 2019. – V. 690, No 1. – P. 67–83. – doi: 10.1080/15421406.2019.1683311.
19. Арутюнов П.А., Толстихина А.Л. Атомно-силовая микроскопия в задачах проектирования приборов микро- и наноэлектроники // Микроэлектроника. – 1999. –  Т. 28, № 6. – С. 405–414.
20. Morozova A.S., Ziganshina S.A., Ziganshin M.A., Bukharaev A.A. Self-organization of di- and triglycine oligopeptides in thin films on the hydrophilic and hydrophobic silicon surface under exposure to organic compounds vapors // Russ. J. Gener. Chem. – 2022. – V. 92, No 7. – P. 1271–1279. – doi: 10.1134/S1070363222070155.

Поступила в редакцию 26.12.2022

Принята к публикации 06.02.2023

Морозова Анна Сергеевна, младший научный сотрудник лаборатории физики и химии поверхности

Казанский физико-технический институт им. Е.К. Завойского ФИЦ Казанский научный центр РАН

ул. Сибирский тракт, д. 10/7, г. Казань, 420029, Россия

E-mail: morozova_anna_s@mail.ru

Кудрявцева Елена Олеговна, инженер-исследователь лаборатории физики и химии поверхности; магистр Химического института им. А.М. Бутлерова

Казанский физико-технический институт им. Е.К. Завойского ФИЦ Казанский научный центр РАН

ул. Сибирский тракт, д. 10/7, г. Казань, 420029, Россия

Казанский (Приволжский) федеральный университет

ул. Кремлевская, д. 18, г. Казань, 420008, Россия

E-mail: justqu1@yandex.ru

Зиганшина Суфия Асхатовна, кандидат химических наук, старший научный сотрудник лаборатории физики и химии поверхности; старший научный сотрудник НИЛ «Синтез новых материалов биомедицинского назначения» Химического института им. А.М. Бутлерова

Казанский физико-технический институт им. Е.К. Завойского ФИЦ Казанский научный центр РАН

ул. Сибирский тракт, д. 10/7, г. Казань, 420029, Россия

Казанский (Приволжский) федеральный университет

ул. Кремлевская, д. 18, г. Казань, 420008, Россия

E-mail: sufia@knc.ru

Зиганшин Марат Ахмедович, доктор химических наук, профессор, директор Химического института им. А.М. Бутлерова

Казанский (Приволжский) федеральный университет

ул. Кремлевская, д. 18, г. Казань, 420008, Россия

E-mail: Marat.Ziganshin@kpfu.ru

Бухараев Анастас Ахметович, доктор физико-математических наук, главный научный сотрудник лаборатории физики и химии поверхности

Казанский физико-технический институт им. Е.К. Завойского ФИЦ Казанский научный центр РАН

ул. Сибирский тракт, д. 10/7, г. Казань, 420029, Россия

E-mail: a_bukharaev@mail.ru

Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.