Electronic Conductivity in Biomimetic α-Helical Peptide Nanofibers and Gels

生物电子学 材料科学 纳米纤维 纳米技术 电导率 自愈水凝胶 化学物理 化学 生物传感器 高分子化学 物理化学
作者
Nicole L. Ing,Ryan K. Spencer,Son H. Luong,Hung D. Nguyen,Allon I. Hochbaum
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:12 (3): 2652-2661 被引量:82
标识
DOI:10.1021/acsnano.7b08756
摘要

Examples of long-range electronic conductivity are rare in biological systems. The observation of micrometer-scale electronic transport through protein wires produced by bacteria is therefore notable, providing an opportunity to study fundamental aspects of conduction through protein-based materials and natural inspiration for bioelectronics materials. Borrowing sequence and structural motifs from these conductive protein fibers, we designed self-assembling peptides that form electronically conductive nanofibers under aqueous conditions. Conductivity in these nanofibers is distinct for two reasons: first, they support electron transport over distances orders of magnitude greater than expected for proteins, and second, the conductivity is mediated entirely by amino acids lacking extended conjugation, π-stacking, or redox centers typical of existing organic and biohybrid semiconductors. Electrochemical transport measurements show that the fibers support ohmic electronic transport and a metallic-like temperature dependence of conductance in aqueous buffer. At higher solution concentrations, the peptide monomers form hydrogels, and comparisons of the structure and electronic properties of the nanofibers and gels highlight the critical roles of α-helical secondary structure and supramolecular ordering in supporting electronic conductivity in these materials. These findings suggest a structural basis for long-range electronic conduction mechanisms in peptide and protein biomaterials.
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