用碳納米管做「傳送門」，不僅能附著在生物脂質膜上還能自由移動

脂質膜蛋白是生命體結構的基本組成部分之一，構成了生命體中傳輸物質的大門。近日，勞倫斯-利弗莫爾國家實驗室（LLNL）的研究人員成功用碳納米管模擬了「傳送門」在膜上的作用。

圖丨研究人員成功用碳納米管模擬了「傳送門」在膜上的作用。

脂質膜為各種膜蛋白提供了多功能的載體。它允許膜蛋白分散其中，並四處移動，使許多重要的生物進程成為了可能，進而使很多重要的生物進程成為了可能——比如實現分子識別、信號傳遞、代謝物運輸以及膜的重塑等功能。

而且，脂質膜具備二維流體的特徵，能夠適應生物體中多樣的形狀。它那二維平面為擴散提供了基礎。

圖丨脂質膜為各種膜蛋白提供載體

利用高速原子力顯微鏡(HS-AFM)，該團隊展示了這種新的生物通道——碳納米管孔蛋白(CNTPs)在脂質膜上的功效。它與普通的生物蛋白異曲同工，允許小分子自由通過，也能在脂質膜上自由移動。

圖丨碳納米管傳輸離子

論文的第一作者、LLNL的博士後研究員Yuliang Zhang表示：「為了理解脂質膜中蛋白質運動的基礎物理現象，我們需要把膜蛋白模型和成像、追蹤等技術結合起來，在一定的距離和時間內探究膜的運動。」

研究團隊製造了帶有相似小孔的人工膜，也就是碳納米管孔蛋白是由短段的單壁碳納米管組成，可以自動插入到脂質膜中，形成跨膜通道。這個結構非常簡單，卻展現出豐富的類似於孔蛋白的行為，比如它們可以運輸水、離子以及質子。

圖丨碳納米管的紅色部分為羥基，使離子滲透率增加

「除運輸技能外，我們還在碳納米管孔蛋白中觀察到了另一關鍵性質，也就是它能在脂質膜上自由移動，」LLNL的科學家、CNTP項目負責人Alex Noy示，「我們利用高速原子力顯微鏡成像，捕捉到了碳納米管孔蛋白在雙層脂質膜中運動的實時動態。」

所以，碳納米管孔蛋在兩個方面都成功模擬了生物蛋白的性質。

圖丨脂質膜上的磷脂分子有親水和疏水兩邊

該研究打開了利用碳納米管仿生技術研究膜生物學的大門，也為仿生細胞中可移動的部分和合成系統中的人造機制提供了基礎。其成果發表在近期的英國皇家學會哲學學報B刊上。

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