天然高分子水凝胶以其良好的生物相容性以及生物可降解性在生物医学领域得到了广泛应用,然而由于缺乏合适的观测手段,目前对于纳米尺度下天然状态水凝胶的精细结构及其特性仍然不完全清楚.原子力显微镜(atomic force microscopy,AFM)的出现为生物材料研究提供了新的强大技术手段,但目前利用AFM对天然高分子水凝胶纳米结构进行原位成像的研究还较为缺乏.本文利用AFM对4种不同类型食虫植物(茅膏菜、捕虫堇、瓶子草、捕蝇草)分泌的天然水凝胶黏液的结构进行了高分辨率原位成像与分析.分别将茅膏菜黏液和捕虫堇黏液平铺至云母表面,在空气中进行的AFM成像结果清晰地显示,茅膏菜黏液和捕虫堇黏液中均含有大量纳米纤维结构,且纳米纤维自组装行为具有多样性.分别将瓶子草黏液和捕蝇草黏液平铺至载玻片表面,在去离子水溶液中进行的AFM成像结果揭示了瓶子草黏液和捕蝇草黏液中均含有大量纳米颗粒,对纳米颗粒进行的统计分析显示,捕蝇草黏液中的纳米颗粒尺寸显著大于瓶子草黏液中纳米颗粒的尺寸.研究结果加深了人们对食虫植物分泌的天然水凝胶黏液的认识,为天然生物材料精细纳米结构研究提供了新的方法和视角.
生物黏液在生命活动过程中起着重要的调控作用,然而由于缺少合适的观测手段,目前对于天然状态下生物黏液功能界面超微结构的认知还很不足.原子力显微镜(atomic force microscopy,AFM)的出现为原位研究生物材料的结构和特性提供了新的强大工具,但现有的研究主要在空气环境下进行观测,研究结果难以完全反映溶液状态下的生物材料结构.本文以食虫植物茅膏菜分泌的黏液为研究对象,利用AFM直接在液相环境下实现了对生物黏液纳米结构的高分辨率成像及分析.分别将茅膏菜黏液平铺至载玻片和云母表面,在溶液环境下的AFM成像结果显示茅膏菜黏液中含有大量纳米颗粒.作为对照,在空气中进行的AFM成像结果显示干燥后的茅膏菜黏液中含有大量纳米纤维结构,表明了茅膏菜黏液在空气环境下与溶液环境下的结构差异.进一步利用AFM多参数成像方法对溶液环境下茅膏菜黏液纳米颗粒和纳米纤维的机械特性进行了可视化表征并揭示了纳米颗粒和纳米纤维机械特性的显著差异.研究结果为生物黏液功能界面超微结构原位成像及机械特性研究提供了新的方法和思路,对于生物材料研究具有广泛的基础意义.
