“Shutter” Effects Enhance Protein Diffusion in Dynamic and Rigid Molecular Networks

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作者
Xiaobin Dai,Zhichao Zhu,Yujie Li,Bo Yang,Jiang‐Fei Xu,Yuanchen Dong,Xin Zhou,Li‐Tang Yan,Dongsheng Liu
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:144 (41): 19017-19025 被引量:18
标识
DOI:10.1021/jacs.2c07830
摘要

Hydrogels have been widely applied to understand the fundamental functions and mechanism of a natural extracellular matrix (ECM). However, revealing the high permeability of ECM through synthetic hydrogels is still challenged by constructing analogue networks with rigid and dynamic properties. Here, in this study, taking advantage of the rigidity and dynamic binding of DNA building blocks, we have designed a model hydrogel system with structural similarity to ECM, leading to enhanced diffusion for proteins compared with a synthetic polyacrylamide (PAAm) hydrogel. The molecular diffusion behaviors in such a rigid and dynamic network have been investigated both in experiments and simulations, and the dependence of diffusion coefficients with respect to molecular size exhibits a unique transition from a power law to an exponential function. A "shutter" model based on the rigid and dynamic molecular network has been proposed, which has successfully revealed how the rigidity and dynamic bond exchange determine the diffusion mechanism, potentially providing a novel perspective to understand the possible mechanism of enhanced diffusion behaviors in ECM.
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