官能化纳米膜及其制备方法和用途技术

本发明专利技术公开了官能化纳米膜及其制备方法和用途。该官能化纳米膜包括：a)包括纳米材料的第一层；b)包括生物排斥性材料的第二层，该第二层被附着在该第一层的至少一个面上；以及c)亲和基团，其附着在该第二层。

Functionalized nano films and their preparation methods and uses

The invention discloses a functionalized nano film, and its preparation method and application. The functionalized nano film includes: a) a first layer comprising nano material; b) consists of second layers of biological rejection materials, the second layer is attached to at least one surface of the first layer; and C) affinity groups attached to the second layer, the.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】官能化纳米膜及其制备方法和用途
本专利技术涉及官能化纳米膜、该官能化纳米膜的制备方法及其用途。
技术介绍
透射电镜术(TEM)是用于分子和分子聚集体的结构表征，尤其是用于结构生物学的有力方法。为了通过TEM确定样品的结构，将其沉积在足够薄的使电子透明的膜上。负染色的生物样品的TEM被广泛用于筛选样品以及获取初步信息。为使生物样品在电子束的辐射损害中保持稳定，往往在低温下(冷冻TEM)将它们包埋在非常薄的玻璃冰薄膜中。传统的无定形碳膜经常被用作玻璃化的样品的冷冻TEM的支持膜，其厚度为10-15nm。更薄的碳膜机械性能不稳定。更糟糕的是，该无定形碳膜的导电性随着温度的下降而下降。这对在液态氮或液态氦的温度下研究样品的冷冻TEM来说尤其重要，以致薄的碳膜变得完全电绝缘。由于这些不良的电子和机械性能，在这些温度下的样品图像遭受到非弹性散射、静电充电和光束引起的运动的损害，严重限制了可达到的分辨率(R.Henderson,Ultramicroscopy1992,46,1)。尽管已开发出直接电子探测器，以实现对光束引起的运动的校正，但样品仍然是最关键的部分。另外，在常规的支持膜上的样品沉淀是相对没有选择性地进行的，因此，在研究前，必须对样品进行富集/纯化。对于蛋白质和蛋白质复合物的情况，样品的富集/纯化常常因为低表达率以及纯化足够量的用于冷冻TEM的材料存在困难而受阻。如果在样品制备中必须使用洗涤剂，例如在溶解膜蛋白的单粒子冷冻TEM中就存在这种情况，洗涤剂可导致蛋白膜由于减小的表面张力而从有孔的碳膜的孔上脱离，该事实使问题更为严重。除无定形碳以外的一些新的最先进的支持膜材料在现有技术的领域中已被知晓。其中，原始石墨烯和石墨烯氧化层已被尝试作为无机和生物样品的TEM的支持膜材料(J.C.Meyeretal.,Nature2008,454,319；R.S.Pantelicetal.,J.Struct.Biol.2011,174,234；R.S.Pantelicetal.,SolidStateCommun.2012,152,1375；R.S.Pantelicetal.,J.Struct.Biol.2010,170,152)。而石墨烯氧化层为亲水的，因此比原始石墨烯更有利于含水生物样品的制备，但是，石墨烯氧化层仅表现出非常低的导电性，尤其在低温下。另一方面，原始石墨烯非常疏水，阻碍了其作为冰包埋生物样品的冷冻TEM的支持膜的用途以及其化学官能化。另外一个严重的问题是蛋白质与支持膜的非特异性结合。抑制这种非特异性结合的非常确定的方法是形成例如由低聚乙二醇(OEG)单元组成的生物排斥性的水凝胶层。这些单元可以通过不同的接枝策略被附着在表面上。在目前的研究工作中，薄的碳纳米膜已被蛋白排斥性的聚乙二醇层官能化了(N.etal.,ACSAppl.Mat.Interf.2013,5,5129)。为选择性地将样品结合在这种生物排斥性层上，可以引入选择性分子标记。为此，通常使用具有氨基或者羧酸基团的OEG分子来进一步官能化水凝胶表面。通过选择性分子标记使样品与TEM支持膜选择性结合的尝试仅有少数。目前，蛋白质已被结合在脂质层、用亲和基团官能化的2D蛋白晶体或者抗体，这些脂质层、用亲和基团官能化的2D蛋白晶体或者抗体又被物理吸附到常规的碳支持膜上(D.F.Kellyetal.,J.Mol.Biol.2008,382,423；G.Sharmaetal.,J.Struct.Biol.2013,181,190；B.G.Hanetal.,J.Struct.Biol.2012,180,249；Y.Guimeietal.,J.Struct.Biol.2014,187,1)。这种方法的缺点在于：脂质层和2D蛋白晶体对洗涤剂的敏感性使它们与例如洗涤剂-溶解膜蛋白的结构分析不相容。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供官能化纳米膜，克服现有技术中，尤其是目前的生物TEM的支持膜中的缺陷。特别地，本专利技术还将提供可被用作新型支持膜的官能化纳米膜，促进和加快通过TEM对生物样品的高分辨率的结构分析，并能够从原始混合物中直接和选择性地分离标记的生物分子，从而使样品可以通过负染色TEM进行研究或者直接通过冷冻TEM进行玻璃化和研究。进一步，本专利技术还将提供可释放冷冻TEM的全部潜力的官能化纳米膜，这意味着将提供超薄和高度均匀的官能化纳米膜，其尽量减小了测量过程中电子的非弹性散射，具有导电性，并具有用于选择性结合生物分子样品以简化样品制备的特异性生物识别位点。本专利技术的另一个目的在于提供一种制备官能化纳米膜的制备方法。本专利技术的第一个目的通过官能化纳米膜实现。该官能化纳米膜包括：a)包括纳米材料的第一层；b)包括生物排斥性材料的第二层，该第二层被附着在该第一层的至少一个面上；以及c)亲和基团，其附着在该第二层。此处所使用的术语“生物排斥性材料”意味着排斥生物分子，如氨基酸、脂质、碳水化合物、蛋白质、多糖和/或核酸，的材料或化合物。在本申请中，术语“官能化”应被理解为纳米材料、生物排斥性材料和/或亲和基团各自的功能基团之间的化学键，如共价键、配位键、氢键、离子或分散(范德华)键的形成，优选为共价键的形成。术语“亲和基团”意思是与特定的样品选择性地结合的分子残基或化学基团。这种特定的(生物)识别动机可导致官能化纳米膜和各样品之间更高程度的亲和力。优选地，该第一层由纳米材料组成。优选地，该纳米材料用作机械支持。更优选地，该纳米材料为纳米膜。优选地，该第一层的纳米材料选自碳纳米膜、石墨烯、石墨烯氧化物、无定形碳膜和硅纳米膜、氮化硅或二氧化硅。本专利技术中，“碳纳米膜”由厚度小于100nm，优选为小于10nm，并优选为从有机前体所形成的纳米膜组成。该有机前体优选为包括低分子芳香族化合物，如苯基、联苯、三联苯、萘、蒽、联吡啶、三联吡啶、噻吩、二噻吩、三联噻吩、吡咯及其组合。该有机前体优选为具有如羟基、氨基或酯基的端基，表现为可能发生碳纳米膜被生物排斥性材料官能化的官能团。优选地，“碳纳米膜”是通过交联作用从该有机前体的自组装单层(SAMs)形成的纳米膜。本申请中，作为“硅，氮化硅或二氧化硅的纳米膜”，优选使用市售的，例如由SIMPore生产的膜作为TEM的支持材料。这些膜具有反应性Si-OH基团，在其上可能发生生物排斥性材料的共价结合。优选地，该无定形碳膜的厚度范围为3-30nm，优选为5-15nm。更优选为，硅、氮化硅和氧化硅的纳米膜的厚度范围为1-15nm，优选为4-6nm，更优选为5nm左右。进一步，碳纳米膜的厚度范围优选为0.5-4nm，更优选为0.6-3nm.在一优选实施例中，官能化碳纳米膜的厚度范围为3-25nm，更优选为3-10nm。更优选地，该官能化纳米膜材料在厚度和组成上是高度均匀的。在一优选实施例中，该官能化纳米膜为无支撑式的纳米膜。优选地，该包含在第二层的生物排斥性材料至少部分设置在第二层的表面，优选地大致组成第二层的外表面，也就是说，朝向第一层和第二层的交界面的表面。更为优选地，第二层为大致由生物排斥性材料组成。更优选地，该生物排斥性材料由聚甘油(PG)、聚乙二醇(PEG)、低聚乙二醇(OEG)、肽、蛋白质、低聚碳水化合物或两性离子聚合物组成。更优选地，该亲本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种官能化纳米膜，包括：a)包括纳米材料的第一层；b)包括生物排斥性材料的第二层，所述第二层被附着在所述第一层的至少一个面上；以及c)亲和基团，其附着在所述第二层。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.01.29 EP 15153106.81.一种官能化纳米膜，包括：a)包括纳米材料的第一层；b)包括生物排斥性材料的第二层，所述第二层被附着在所述第一层的至少一个面上；以及c)亲和基团，其附着在所述第二层。2.如权利要求1所述的官能化纳米膜，其中，所述第一层的纳米材料选自碳纳米膜、石墨烯、石墨烯氧化物、无定形碳膜和硅纳米膜、氮化硅或二氧化硅。3.如权利要求2所述的官能化纳米膜，其中，所述碳纳米膜的厚度范围优选为0.5-4nm，更优选为0.6-3nm。4.如权利要求2或3所述的官能化纳米膜，其中，所述官能化碳纳米膜的厚度范围为3-25nm。5.如上述权利要求中的任意一项所述的官能化纳米膜，其中，所述生物排斥性材料由聚甘油(PG)、聚乙二醇(PEG)、低聚乙二醇(OEG)、肽、蛋白质、低聚碳水化合物或两性离...

【专利技术属性】
技术研发人员：安德烈亚斯·特佛特，丹尼尔·里诺夫，安德烈·图尔恰尼，
申请(专利权)人：约翰沃尔福冈歌德大学，马克斯普朗克科学促进学会，
类型：发明
国别省市：德国,DE