DOI: 10.1021/acs.nanolett.0c03672

纤维状淀粉样蛋白表现出一系列出色的力学、光学和电子特性，这些特性均源于其特有的β-折叠结构。到目前为止，在实际应用中利用这些功能一直受到在宏观尺度上控制淀粉样蛋白自组装过程的有限能力的阻碍。在此，研究者采用具有微观约束能力的核壳静电纺丝来组装淀粉样杂化纤维，该纤维由通过聚合物壳稳定的密集聚集型纤维状淀粉样蛋白组成。可以将具有微米直径的长达1厘米的杂化纤维排列成有序的阵列，然后沉积到基材上或制备成独立式网络。淀粉样蛋白的高弹性模量和固有荧光特征均保留在杂化纤维芯中，并且它们在宏观纤维图案中完全存在。研究结果表明，微观约束对于由单体蛋白引导淀粉样蛋白的组装至关重要。

图1.制备工艺示意图。（A）核-壳结构杂化纤维具有PEO聚合物壳（绿色）和功能性淀粉样蛋白核（蓝色）。（B）低压静电纺丝用于制备定向纤维。将电力施加在针头和收集器平板之间，以将纤维从针头中拉出（i）。沉积基材（引发剂）上的小平台用作接触点，以在收集器向侧面平移时施加额外的机械拉伸力（ii）。（C）（i）通过SEM图像确认了纤维的核壳结构。比例尺=500nm。（ii）在SEM上测量100根纤维的平均直径，其值为1.8μm。（D）在纺丝过程中施加电压使纤维沉积在基材上（i）。比例尺=100μm。如果未施加电压，则纤维会在两个接触点之间形成独立的线（ii）。比例尺=200μm。

图2.杂化纤维的结构表征。（A）可以产生长达1厘米的独立图案（i，比例尺=2mm），而基材沉积纤维的长度可达几厘米（ii，比例尺=1cm）。（B）成功和未成功形成核的原子力显微镜图像（ii和iii=形貌图，ii和iv=相应的3D投影）。比例尺=10μm，高度=2μm。（C）酰胺I区的FTIR数据证实杂化样品（橙色）与成熟淀粉样纤维（浅蓝色）的结构组成非常相似。（D）拉曼显微镜证实沿纤维芯的淀粉样蛋白二级结构是连续的。比例尺=100μm。

图3.杂化纤维的力学表征。（A）纳米压痕和杨氏模量的力学测量证实了杂化材料的核-壳结构（i）。测量体外生长的淀粉样蛋白的模量以进行比较（ii），并与杂化材料核的模量相匹配（iii）。比例尺=400nm，最大AFM范围=0-2log Pa。（B）（i）中跨度为2.5mm的单根纤维的微悬臂梁测量表明，其具有较高的弹性模量。比例尺=200μm。（C）交叉和平行杂化纤维阵列以几粒稻谷的形式支撑着相当大的重量。比例尺=2mm。

图4.杂化纤维的光学表征。（A）在较大的纤维图案上可以观察到淀粉样蛋白特有的内源荧光。比例尺=100μm。（B）杂化纤维的发射光谱（橙色）类似于体外形成的淀粉样纤维的发射光谱（蓝色）。（C）共焦成像（上图）和荧光寿命图（下图）显示，体外生长的淀粉样纤维（ii）比低聚形式（i）的荧光寿命短。杂化纤维（iii和iv）类似于聚集的蛋白质，但较厚的结构似乎更类似于寡聚蛋白质，比例尺=10μm。

图5.不同长度淀粉样纤维组装的工程控制。杂化超细纤维可以制备出具有高淀粉样蛋白密度的有序宏观材料。在这种尺度下，通常只能发现无序的纤维和低纤维密度的水凝胶组件。比例尺=2mm和1cm。