The biomacromolecule, including nucleic acid and protein, is programmed to select supramolecular structure for the major functions like information storage and catalyzed processes. Moreover, nature uses the minor units of protein to compose structure from the complex nano/micro structure. Peptides have attracted attention as building blocks for the design and engineering of new self-assembly systems in the nano to the mesoscale range. These building blocks can integrate diverse functional motifs as designing appropriate sequences, and their effects are often manifested through hierarchical assembly. The study of hierarchical self-assembly of microparticles with non-planar peptide 3D shapes is a challenging research.
Here, we report a programmed radial assembly of anisotropic microparticles derived from a helical foldamer with a C-terminal cysteine residue. The result clearly demonstrated that surface-exposed thiols of microparticles play a crucial role in bonding to form higher-order structures in an aqueous solution. Moreover, a previously reported C3-symmetric structure was reconstructed by introducing thiol functional groups on the surfaces, and a novel methodology for the formation of a unique hierarchical structure by self-assembly utilizing the interaction between functionalized surfaces was proposed. Notably, an attempt was made to expose the surface to thiol functional groups while maintaining the existing unique structure. As a result, the surface characteristics of the structure were successfully modified by the introduced functional group. Moreover, with this functional group, it was possible to create the hierarchical structure in a radial pattern. As many other foldectures with various 3D shapes are available from different foldamer designs, there is a potential for creating more complex and functional hierarchical assemblies. In addition to the radial assembly, a microtubule-like directional assembly can be achieved with a 3D assembly programmed with facet- selective functionalities. It is expected that the proposed approach will help with the design of more complicated and diverse higher-order molecular structures in the future and will find its use in the development of a surface-exposed functional group-activated template.
핵산과 단백질을 포함한 생체거대분자는 정보 저장 및 촉매 과정과 같은 주요 기능을 위해 초분자 구조를 채택하도록 프로그램 되어 있습니다. 또한 자연은 단백질 소단위를 활용하여 보다 복잡한 나노 구조에서 메조 구조를 구성합니다. 그 중에서도 펩타이드는 나노에서 중간 규모의 새로운 자가 조립 시스템을 설계하고 엔지니어링하기 위한 플랫폼으로 주목받고 있습니다. 이러한 빌딩 블록은 적절한 서열을 설계함에 따라 다양한 기능적 모티프를 통합할 수 있으며, 그 기능은 종종 계층적 자기조립를 통해 나타납니다. 그 중에서도 비평면 펩타이드 3D 모양을 가진 마이크로 파티클의 계층적 자기조립에 대한 연구는 도전적인 주제입니다.
여기에서 우리는 C-말단에 시스테인을 도입한 나선형 폴대머에서 파생된 비등방성 미세 입자의 프로그래밍이 된 방사형 자기조립을 보고합니다. 미세 입자의 표면 노출된 티올 그룹이 수용액에서 고차 구조를 형성하기 위해 함께 결합하는 데 중요한 역할을 한다는 것을 분명히 보여주었습니다. 그리고 표면에 티올 작용기를 도입하여 이전에 보고된 C3-대칭 구조를 재구성하고, 작용화 된 표면 간의 상호 작용 능력에서 발생하는 자가 조립에 의해 고유한 계층 구조를 형성하는 새로운 방법론을 제안합니다. 특히, 기존 고유의 구조를 유지하면서 표면에 작용기를 유도하였고, 도입된 작용기에 의해 구조의 표면 특성이 변형됩니다. 또한, 이 작용기로 수상에서 방사상 패턴으로 나타나는 계층적 구조를 생성할 수 있었습니다. 다양한 3D 모양의 다른 많은 폴덱쳐를 다양한 폴대머 디자인에서 사용할 수 있으므로 더 복잡하고 기능적인 계층적 어셈블리도 만들 수 있습니다. 우리의 접근 방식은 앞으로 더 복잡하고 다양한 고차 분자 구조를 설계하고 적용할 수 있으며 표면 작용기 활성화 템플릿으로 개발될 수 있을 것으로 판단됩니다.
