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Developing an Inositol-Phosphate-Actuated Nanochannel System by Mimicking Biological Calcium Ion Channels

门控 材料科学 生物物理学 生物分子 离子通道 分子 单体 纳米技术 聚合物 化学 生物化学 有机化学 受体 生物 复合材料
作者
Qing Lu,Qiuhan Tang,Zhonghui Chen,Shilong Zhao,Guangyan Qing,Taolei Sun
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:9 (38): 32554-32564 被引量:21
标识
DOI:10.1021/acsami.7b09992
摘要

In eukaryotic cells, ion channels, which ubiquitously present as polypeptides or proteins, usually regulate the ion transport across biological membranes by conformational switching of the channel proteins in response to the binding of diverse signaling molecules (e.g., inositol phosphate, abbreviated to InsP). To mimic the gating behaviors of natural Ca2+ channels manipulated by InsPs, a smart poly[(N-isopropylacrylamide-co-4-(3-acryloylthioureido) benzoic acid)0.2] (denoted as PNI-co-ATBA0.2) was integrated onto a porous anodic alumina (PAA) membrane, building an InsP-actuated nanochannel system. Driven by the intensive hydrogen bonding complexation of ATBA monomer with InsP, the copolymer chains displayed a remarkable and reversible conformational transition from a contracted state to a swollen one, accompanied with significant changes in surface morphology, wettability, and viscoelasticity. Benefiting from these features, dynamic gating behaviors of the nanochannels located on the copolymer-modified PAA membrane could be precisely manipulated by InsPs, reflected as a satisfactory linear relationship between real-time variation in transmembrane ionic current and the InsP concentration over a wide range from 1 nmol L-1 to 10 μmol L-1, as well as a clear discrimination among InsP2, InsP3, and InsP6. This study indicates the great potential of biomolecule-responsive polymers in the fabrication of biomimetic ion nanochannels and other nanoscale biodevices.
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