一种生物分子马达供能光合纳米马达的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种生物分子马达供能光合纳米马达及其制备方法，属于胶体马达领域

【技术实现步骤摘要】
一种生物分子马达供能光合纳米马达的制备方法


[0001]本专利技术属于胶体马达领域，具体涉及一种生物分子马达供能光合纳米马达的制备方法
。

技术介绍

[0002]生物体内，生物分子马达负责能量转换同时负责从分子尺度到宏观尺度的运动
。
多个生物分子马达的协同运动可驱动更大尺度细胞结构
(
更大规模的细胞器
、
细胞骨架甚至多细胞组织
)
运动；受此启发，通过在纳米尺度上放大分子马达的作用来驱动介观系统可以加深对控制自组装的亚细胞结构动力学行为的基本原理的理解，同时可以指导并设计出远离平衡态的活体人造材料和机器
。
此外，将生物分子马达集成到介观材料中开发智能材料，可以获得运动
、
自我修复
、
繁殖等栩栩如生的特殊材料
。
生物分子机器的集合体，例如肌球蛋白和驱动蛋白，已被成功集成到微型化学系统中，为制造具有类细胞功能的新型机器人铺平了道路
。
作为分子马达中典型的旋转分子马达，
FoF1
‑
ATP
合酶是细胞能量相互转换的关键酶以跨膜质子势能为动力，伴随个体旋转合成生物能源货币
ATP。
目前对
FoF1
‑
ATP
合酶分子机器旋转动力学行为的研究仅停留在单个和孤立的物体上的运动行为
。
然而，多个
ATP
合酶分子马达的协调同步旋转如何在微观尺度上控制能量耗散以及集体旋转对于胶体尺度材料运动行为影响还未得到探索
。

技术实现思路

[0003]基于以上技术的不足，本专利技术开发研究了一种可以被旋转生物分子马达驱动的光合纳米马达，它可以在光合作用磷酸化过程中由多
FoF1
‑
ATPases
的集体旋转来推动
。
本专利技术基于磷脂相分离原理的超分子自组装策略，制备了具有生物分子马达
FoF1
‑
ATPases
不对称分布的光合纳米马达
。
光诱导光系统
II
中的质子积累，导致质子的积累质子势驱动旋转
FoF1
‑
ATPases
完成光磷酸化过程
。
其有效推进速度与光磷酸化的速度呈正相关，表明光合纳米马达在光磷酸化过程中被多个
FoF1
‑
ATP
酶协同旋转过程推进
。
[0004]本专利技术利用被保留的生物分子马达
FoF1
‑
ATPase
作为动力引擎，在外部可见光场照射下，光系统产生的质子在光合脂质体马达中积累，以推动生物分子马达
FoF1
‑
ATPase
合成能量货币
ATP。
通过代谢反应将光能转化为化学能
ATP
，最终转化为的自推进力
。
光合脂质体马达因其特有的能量货币再生能力在生物医学领域有广阔的应用前景
。
[0005]本专利技术提供了一种生物分子马达供能光合纳米马达所述光合纳米马达，其是生物脂质体胶体马达，是通过超分子自组装技术，重构卵磷脂囊泡和类囊体囊泡制备而成；具体制备方法是按照以下步骤进行的：
[0006]步骤
1、
匀浆菠菜并分离含叶绿体的匀浆液；
[0007]步骤
2、
然后分离纯化叶绿体；
[0008]步骤
3、
然后裂解叶绿体，回收类囊体；
[0009]步骤
4、
然后匀浆类囊体，得到类囊体膜碎片：
[0010]步骤
5、
然后挤出类囊体膜碎片，得到类囊体囊泡；
[0011]步骤
6、
用蛋黄卵磷脂作为合成脂质体原材料，胆固醇作为稳定剂制备卵磷脂脂质体囊泡；
[0012]步骤
7、
通过机械共挤出，重构类囊体膜和卵磷脂膜，得到所述光合纳米马达
。
[0013]进一步地限定，所述类囊体囊泡的制备方法只能是由菠菜制备的
。
[0014]进一步地限定，步骤1中，匀浆菠菜并分离含叶绿体的匀浆液，具体是按下述步骤进行的：
[0015]①
、
将菠菜置于
4℃
恒温冰箱避光保存
12h
；
[0016]②
、
将
1kg
菠菜叶片洗净，将叶片和径分离；
[0017]③
、
用手将菠菜叶片撕碎，分离经络回收叶肉部分，叶肉部分与
50ml
叶绿体缓冲液
(
含蔗糖
68.56g,KCl 0.3727g,Na2HPO
4 0.88995g,KH2PO
4 2.04135g,MgCl
2 0.2033g,
溶于水中并定容至
500mL)
混合均匀
。
向混合物中加入
20g
石英砂，用研钵研磨均匀，
1000rpm
离心分除沉淀后保留上清液，将转速调至
4000rpm
，重复离心回收沉淀
。
[0018]进一步地限定，步骤2中，分离纯化叶绿体，具体是按下述步骤进行的：
[0019]①
、
重悬回收的沉淀于叶绿体缓冲液中形成混合液
。
[0020]②
、
配置
20
％
(w/w)
，
40
％
(w/w)
，
60
％
(w/w)
蔗糖溶液，配置梯度密度离心液，从上到下依次是
20
％
(w/w)
，
40
％
(w/w)
和
60
％
(w/w)
，将步骤
①
的混合液置于蔗糖梯度密度离心液中，
4000rpm
离心速度下离心
5min。
[0021]离心机停止后，叶绿体处于梯度密度离心液中
40
％蔗糖层
。
[0022]③
、
回收步骤
②
得到的叶绿体分散层，并重悬于叶绿体缓冲液中，在离心速度为
4000rpm
条件下离心，回收沉淀物
。
[0023]④
、
重复步骤
③
的洗涤离心步骤，得到纯化叶绿体
。
[0024]进一步地限定，步骤3中，裂解叶绿体，回收类囊体，具体是按下述步骤进行的：
[0025]将纯化叶绿体分散于叶绿体裂解液
(10mL pH
＝
7.5
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种生物分子马达供能光合纳米马达，其特征在于，所述光合纳米马达是生物杂化脂质体胶体马达，其通过超分子自组装技术，重构卵磷脂囊泡和类囊体囊泡制备而成
。2.
根据权利要求1所述光合纳米马达，其特征在于，所述类囊体囊泡制备方法是由菠菜制备的
。3.
一种如权利要求1所述的光合纳米马达的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：步骤
1、
匀浆菠菜并分离含叶绿体的匀浆液；步骤
2、
然后分离纯化叶绿体；步骤
3、
然后裂解叶绿体，回收类囊体；步骤
4、
然后匀浆类囊体，得到类囊体膜碎片：步骤
5、
然后挤出类囊体膜碎片，得到类囊体囊泡；步骤
6、
用蛋黄卵磷脂作为合成脂质体原材料，胆固醇作为稳定剂制备卵磷脂脂质体囊泡；步骤
7、
通过机械共挤出，重构类囊体膜和卵磷脂膜，得到所述光合纳米马达
。4.
根据权利要求3所述制备方法，其特征在于，步骤1中，先将菠菜置于
4℃
恒温冰箱避光保存
12h
；然后将菠菜叶片洗净，用手将菠菜叶片撕碎，分离经络回收叶肉部分，叶肉部分与
50ml
叶绿体缓冲液混合均匀；向混合物中加入
20g
石英砂，用研钵研磨均匀，
1000rpm
离心分除沉淀后保留上清液，将转速调至
4000rpm
，重复离心回收沉淀；其中，所述叶绿体缓冲液是将蔗糖
68.56g,KCl 0.3727g,Na2HPO40.88995g,KH2PO42.04135g,MgCl20.2033g,
溶于水中并定容至
500mL。5.
根据权利要求4所述制备方法，其特征在于，步骤2中，分离纯化叶绿体：步骤
①
、
重悬步骤1回收的沉淀于叶绿体缓冲液中形成混合液；步骤
②
、
配置
20
％
(w/w)
，
40
％
(w/w)
，
60
％
(w/w)
蔗糖溶液得到梯度密度离心液，从上到下依次是
20
％
(w/w)
，
40
％
(w/w)
和
60
％
(w/w)
，将步骤
①
的混合液置于蔗糖梯度密度离心液中，
4000rpm
离心速度下离心
5min
；离心机停止后，叶绿体处于梯度密度离心液中
40
％蔗糖层；步骤
③
、
回收步骤
②
得到的叶绿体分散层，并重悬于叶绿体缓冲液中，在离心速度为
4000r
条件下离心，回收沉淀物；步骤
④
、
重复步骤
③
的洗涤离心步骤，得到纯化叶绿体
。6.
根据权利要求3所述制备方法，其特征在于，步骤3中，将纯化叶绿体分散于叶绿体裂解液中，混合均匀后，静置
10nin
～

【专利技术属性】
技术研发人员：贺强，吴英杰，李月，杨玲，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：