摘要：第一作者：Shogaku Takeda通讯作者：Takeshi Yanagida，Wataru Tanaka通讯单位：东京大学，九州大学DOI: 10.1021/acs.nanolett.4c05183

第一作者：Shogaku Takeda

通讯作者：Takeshi Yanagida，Wataru Tanaka

通讯单位：东京大学，九州大学

DOI: 10.1021/acs.nanolett.4c05183

背景介绍

在生物体内，由脂质、肽、蛋白质、糖和核酸等生物分子组成的分子组件无处不在，在各种生物功能中起着至关重要的作用。研究人员受到了这种生物分子组装系统的极大启发，开发了用于各种应用的人工分子传感技术，包括诊断、医疗保健、生物研究和环境监测。例如，在自组装脂质膜中重组的昆虫嗅觉受体显示出对人体汗液中气味成分1-辛烯-3-醇的选择性检测，其检测水平为十亿分之一（ppb）。在生物分子的各种自组装结构中，肽自组装通过利用其固有的高表面积和决定对分析物分子亲和力的表面呈现基团的高可设计性，成为其传感应用的有吸引力的候选者。事实上，肽自组装已被证明是几种化学传感器的敏感材料。一种芘官能化肽在水中自组装形成水凝胶，通过在两个特定波长下荧光强度的比率变化来检测肝素。一种导电干凝胶，其包含基于导电肽的自组装纳米纤维网络和高选择性检测对二甲苯的碳点。由两个金电极和电极间隙处的抗体修饰的肽基纳米管组成的电容式传感器选择性地检测抗体的抗原蛋白。为了利用肽组件固有的高表面积，特别便于在重量传感器上进行装饰，以提高传感器的灵敏度。然而，到目前为止，还没有关于将基于肽的自组装用于重量传感器的报道，这一定是由于缺乏将肽组装到传感器表面上的稳定装饰方法，尽管已经证明了在重量传感器上涂覆单个肽或单层肽的有用性。

本文亮点

1. 本工作首次展示了一种开发稳定的石英晶体微天平（QCM）气体传感器的新方法，该传感器用自组装肽纳米线作为敏感材料紧密装饰。

2. 当采用传统的滴注法将自组装肽纳米结构装饰到QCM电极表面上时，观察到的传感器信号通过无意的能量耗散显著地表现出背景噪声。

3. 通过现场生长法制造的QCM传感器显示出较小的背景噪声和较低的能量耗散，从而实现了成功的胺选择性传感。

图文解析

图1. （a） 通过（顶部）传统的滴铸法和（底部）提出的现场生长法在QCM金电极上制备环二肽纳米结构的示意图。（b） 化学结构为自组装环二肽（Cyclo FF）和前体二肽（FF）的原位生长方法。

图2. （a，b）（a）滴铸Cyclo FF纳米片和（b）金沉积Si基板上现场生长Cyclo FF纳米线的侧视图和俯视SEM图像。比例尺：1 μm。（c，d）涂覆有（c）滴铸纳米片和（d）现场生长纳米线的QCM传感器在室温下向50 ppm 1-丁胺气体的三个周期暴露的时间过程共振频率偏移。灰色带表示引入了1-丁胺气体。（e） QCM传感器在谐振频率附近的电导随频率变化。色点表示原始数据。黑线表示洛伦兹拟合曲线。（f） 裸QCM传感器和通过滴铸或现场生长方法制备的Cyclo FF纳米结构涂层QCM传感器的质量因素。

图3. （a） 滴铸Cyclo FF纳米片和现场生长Cyclo FF纳米线的XRD图谱，以及之前报道的Cyclo FF正交晶体的模拟XRD图谱，该晶体具有由RIETAN-FP计算的P22121空间群。黑点显示了这两种纳米结构中的共同峰。绿色和橙色点分别显示了仅在滴铸纳米片和现场生长纳米线中可见的峰值。（b） 沿VESTA绘制的b轴（顶部）和a轴（底部）观察到的Cyclo FF的晶体结构。前者表示酰胺基团之间沿a轴方向的分子间氢键。后者表示苯基的平行和T形π/π相互作用。这些数字是在国际晶体学联合会的版权许可下复制的。

图4. 滴铸Cyclo FF纳米片和现场生长的Cyclo FF纳米线的FTIR光谱。

图5. （a） 现场生长的Cyclo FF纳米线涂层QCM气体传感器在25°C下向10-400 ppm 1-丁胺气体的时程共振频率偏移。分别在400-100 ppm和50-10 ppm浓度范围内进行传感测量。灰带表示分析物的引入。（b） QCM传感器的1-丁胺浓度依赖性最大负频移。橙色方块和黑线分别显示原始数据和线性拟合曲线。（c） QCM传感器对分析物（1-丁胺、二乙胺、三乙胺、1-丁醇、2-丁酮、1-丁醛、己烷和苯）的最大负频移。ND表示未检测到。

来源：华算科技