Tunable and Cooperative Thermomechanical Properties of Protein–Metal–Organic Frameworks

化学 结晶度 金属有机骨架 铁蛋白 化学物理 结晶学 纳米技术 吸附 材料科学 有机化学 生物化学
作者
Jake Bailey,F. Akif Tezcan
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:142 (41): 17265-17270 被引量:43
标识
DOI:10.1021/jacs.0c07835
摘要

We recently introduced protein-metal-organic frameworks (protein-MOFs) as chemically designed protein crystals, composed of ferritin nodes that predictably assemble into 3D lattices upon coordination of various metal ions and ditopic, hydroxamate-based linkers. Owing to their unique tripartite construction, protein-MOFs possess extremely sparse lattice connectivity, suggesting that they might display unusual thermomechanical properties. Leveraging the synthetic modularity of ferritin-MOFs, we investigated the temperature-dependent structural dynamics of six distinct frameworks. Our results show that the thermostabilities of ferritin-MOFs can be tuned through the metal component or the presence of crowding agents. Our studies also reveal a framework that undergoes a reversible and isotropic first-order phase transition near-room temperature, corresponding to a 4% volumetric change within 1 °C and a hysteresis window of ∼10 °C. This highly cooperative crystal-to-crystal transformation, which stems from the soft crystallinity of ferritin-MOFs, illustrates the advantage of modular construction strategies in discovering tunable-and unpredictable-material properties.
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