Templates biomoléculaires

X. Zhao, S. Zhang, Trends in Biotechnology 22 (2004) 470

Elaboration de nanofils métalliques par moulage

à l’intérieur de nanotubes peptidiques

Endo-templates

nanotube nanofil

Endo-templates

Solution d’un sel métallique (HAuCl4) à l’intérieur des nanotubes

réduction Au3+ / Au0 nanofils d’or

diamètre qq. nanomètres

M. Reches & E. Gazit Science 300 (2003) 625

diphényl alanine

5

fixation d’ions Ag+ à l ’intérieur des nanotubesréduction en Ag0

dégradation enzymatique du peptide

peptide + Ag nanofils d’argent (Ø = 20 nm)

Formation de nanotubes métalliques par dépôt sur des nanotubes peptidiques

nanotube nanotube

Fixation de peptides ‘ minéralisateurs ’ à la surface des nanotubes

Exo-templates

I.A. Banerjee, L. Yu, H. Matsui, PNAS, 100 (2003) 14678

Fixation de Cu sur des peptides riches en groupements histidine

HG12 =

histidine

glycine

Complexation des ions Cu2+ par les groupements azotés

Fixation sur les nanotubesvia des liaisons hydrogène

Complexation du cuivre par l’histidine

Cu

greffage des peptidesvia liaisons hydrogène

fixation des ions Cu2+ réduction

pH 6

100 nm

avec HG12 sans peptide

pH 6

100 nm

10

pH 6

avec HG12

100 nm

pH 6

sans HG12

100 nm

Assemblage irrégulier de gros cristaux polydisperses

Petits cristaux monodisperses

Ø ≈ 50 nm

Ø = 10 nm

Influence du peptide

pH 6avec HG12

assemblage compact de nanocristaux monodisperses Ø ≈ 10 nm

nm

%

100 nm

pH 8

avec HG12

nm

%

100 nm

Ø ≈ 30 nmassemblage moins compact de cristaux plus gros et polydisperses

Influence du pH

Les groupements histidine complexent les ions Cu2+

via les atomes d’azoteet les fixent en des positions bien définies

qui dépendent du nombre de groupements ‘ glycine ’

histidine

PH 6 = point de charge nulle de l’histidine

Le repliement de la chaîne peptidique HG12 varie selon le pH

ceci permet de modifier la morphologie des cristaux de Cu

pH 6

cristaux de Cu obtenus en solution avec HG12 (sans nanotube)

pH 8

HG12 =

pH

Le peptide HG 12 possède la propriété de fixer les ions Cu2+

sa conformation dépend du pHce qui permet de contrôler la nucléation des nanoparticules de Cu

NT

pH 6

pH 8

Le pic à 1600 indique la formation de liaisons N(His)-Cu-N(His) inter-peptides

cm-1

abs.IR

15

pH pH

peptide HG12

peptide HG12

nanotube

nanotube

N N N N

N N N N

pH 6

pH 8

J. Mater. Chem. 14 (2004) 739

Greffage du peptide ‘ His-Pro-Gly-Ala-His ’ pour favoriser la fixation du Pt

pH < 8 monocristaux monodisperses de Pt (Ø ≈ 12 nm)pH > 8 revêtement quasi continu

pH 4 pH 10

NT sans peptide pH 4

Taux de couvertureen fonction du pH

%

pH

monodisperseØ ≈ 12 nm - = 65%

couche continue = 95%

1 seul site de fixation 4 sites de fixation

glycineprolinehistidine alanine histidine

48 h

pH 4,5

24 h 24 h

greffage du peptide

fixationdes ions Pt2+

Pt/ac. aminé = 1

Pt/ac. aminé = 4

réduction

20

fixation des ions Pt2+ sur les carboxylates de l’histidine

pH < 8

histidine

Pt2+

pH > 8

fixation des ions Pt2+ sur les azote imidazole de l’histidine

histidine

Pt2+

interaction électrostatique complexation par ligand azoté

En milieu basique complexation par l’azote des groupements

imidazole de l’histidine - amide de la glycine et alanine

fixation à pH acide

alanineglycine

histidine

En milieu basique complexation par l’azote des groupements

imidazole de l’histidine - amide de la glycine et alanine

fixation à pH basique

alanineglycine

histidine

1

23

4

pH > 84 sites de fixationcouche continue pH < 8

1 seul site de fixationnanocristaux

pH 10pH 4

Croissance orientée de nanocristaux d’Ag hexagonaux sur des peptides

AG4

JACS 125 (2003) 14837 Nature Materials 1 (2002) 169

25

Les peptides servent de support mais peuvent aussi orienter la cristallisation

1. fixation des peptides sur des clusters d’ions Ag+

2. réduction Ag+ Ag0

3. fixation sélective des peptides sur certaines faces du cristal d’Ag4. croissance de cristaux hexagonaux - face [111]

S. Sundhar Bale et al. Adv. Mater. 19 (2007) 3167

fonctionalisation des nanotubes de carbone avec la poly lysinefixation de AgNO3 puis réduction par NaBH4

Ag+ H2N

lysine

H. Matsui et al. JACS 124 (2002) 13660

formation de fils d’or constitués de nanoparticules déposées à la surface de nanotubes

greffage de peptides riches en groupements histidine

à la surface des nanotubesfixation puis réduction

des ions Au+

histidine

complexation de l’or par les ‘N’de l’histidine

His

METNanocristaux monodisperses

Ø ≈ 6 nm Nanoparticules d’or à la surface d’un nanotube

Les sites de fixation ‘histidine’ sont séparés de 6,4 nm à la surface des nanotubes

particules d’or à la surface d’un nanotubes sans histidine

distribution beaucoup plus irrégulière

Ø ≈ 4 à 30 nm

30

H. Matsui et al. Nano Letters 3 (2003) 283

Fonctionalisation des extrémités des nanotubes par masquage

Greffage de fonctions thiols à la surface des nanotubes

pour pouvoir fixer l’or

fixation de nanoparticules d’or à la surface des nanotubes

fixation de l’avidine puis élimination des particules d’or

la biotine ne se fixe que sur l’extrémité des nanotubes où reste l’avidine

marqueur fluorescent se fixant spécifiquement sur l’avidine

nanotube recouvert d’or

seules les extrémités sont marquées

après élimination du film d’or

les nanotubes ne se fixent que par les extrémités

Fixation spécifique des nanotubes sur les électrodes Au-biotine

F. Patolsky et al. nature materials 3 (2004) 692

fixation de nanoparticules d’or sur le filament d’actine

grossissement catalytique des nanoparticules film continu d’or

Au3+ - NH2OH

35

électrode

filament

électrode

caractéristique courant-tension

nanofil d ’or

AFM

nano-circuit

fil continu

fil nanostructuré

Déplacement des filaments Au-Actine sur une surface de myosine(après addition d’ATP)

secondes

0 5 10 15

actine

or

nano-moteur

La partie dénudée (actine) est en interaction avec la mysosine