界面架橋型共有結合ネットワークによる超安定・超長繊維の創製と機能性材料への応用

Interfacially Bridging Covalent Network Yields Hyperstable and Ultralong Virus-based Fibers for Engineering Functional Materials.

• Qiangbin Wang
• Kun Zhou
• Yihao Zhou
• Hongchao Yang
• Huile Jin
• Yonggang Ke

抄録

ウイルスおよびウイルス様粒子（VLP）は、自己組織化操作およびナノ材料のテンプレート合成のための非常に魅力的な生物学的課題である。しかし、基礎的な研究や応用は、その構造的な弱さに関連した問題に制約されることが多い。ここでは、タバコモザイクウイルス(TMV)VLP内の共有結合ネットワークを相互に橋渡しすることで、優れた構造特性と機能性をもたらす戦略を提示している。T103Cシステインを配置し、隣接するサブユニットを横方向に共役させた。軸方向にはA74C変異を設定し、もう一つのチオール機能部位としてE50CからP54Cまでの候補を系統的に検討した。その結果、T103C-TMV-E50C-A74Cは、これまでのTMV VLPの中で、最も長さが長く、組立性と構造安定性に最も優れたロバスト性を示した。数μmから十数μmの長さを持つ繊維は、pH13の下でも生き残っています。このTMV VLPの頑強な性質は、過酷なアルカリ性水素発生のアプリケーションのための優れた電極触媒を還元剤を使わずに合成することを可能にします。本研究は、これまでにない構造特性を持つ既存のVLPの開発とその応用に向けた大きな進展を示すものです。

Virus and virus-like particles (VLPs) are very attractive biological subjects for self-assembly manipulation and templated synthesis of nanomaterials. However, the fundamental studies and applications are often constrained by problems associated with their structural weakness. Here we present a strategy of interfacially bridging covalent network within tobacco mosaic virus (TMV) VLPs to bring outstanding structural properties and functionalities. We arranged T103C cysteine to laterally conjugate adjacent subunits. In the axis direction, we set A74C mutation and systematically investigated candidate from E50C to P54C as the other thiol function site, for forming longitudinal disulfide bond chains. Significantly, the T103C-TMV-E50C-A74C shows the highest robustness in assembly capability and structural stability with the largest length, for TMV VLP to date. The fibers with lengths from several to a dozen of micrometers even survive under pH 13. The robust nature of this TMV VLP allows for reducer-free synthesis of excellent electrocatalysts for application in harshly alkaline hydrogen evolution. This study, therefore, presents significant progress to develop existing VLP with unprecedented structural properties and the applications thereof.

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