Три описанных в этой статье метода приготовления пептидных гидрогелей обеспечивают быстрое, доступное и простое производство. Функция гидрогеля связана с его пептидной последовательностью. В данном случае пептид ECF-5 используется в качестве репрезентативного примера для демонстрации его физических характеристик, включая микроскопическую морфологию и механические свойства.
Как показано на рисунке 1А и дополнительном рисунке 1, пептид ECF-5 содержит глутатионоподобную последовательность и последовательность фенилаланилдипептида, которые наделяют его восстановительными свойствами глутатиона и способностью к самосборке. Пептид ECF-5 предварительно растворяли в ДМСО, а затем быстро смешивали с водным раствором. На этом этапе пептид подвергался быстрой самосборке, образуя твердый гель в течение нескольких минут. Когда конечная концентрация пептида превышает 1%, гель можно забирать пинцетом.
Атомно-силовая микроскопия (АСМ) с помощью визуализации поверхности геля выявила сеть многочисленных пептидных волокон с плотными порами, которые задерживают воду. После разведения морфология отдельных волокон, как показано на рисунке 1D, имеет высоту приблизительно 3,5 нм, образуя высококонсистентные более широкие полосы волокон. Это согласуется с морфологией волокон, наблюдаемой в гелевой сети. Кроме того, в нейтральных условиях ионы металлов кальция также могут индуцировать пептид к образованию гидрогеля, хотя этот процесс происходит относительно медленнее и приводит к получению более мягкого геля.
Макроскопическое поведение гидрогелей, приготовленных с использованием трех методов - рН-реакции, добавления металлов и замены растворителя - показано на рисунке 2А. По сравнению с деионизированной водой, все гидрогели проявляли полутвердые свойства. Реология обычно используется для дифференциации гидрогелей от золей.
Макроскопическая вязкоупругость гидрогелей ECF-5, полученных с помощью этих трех методов гелеобразования, сравнивалась с использованием реологических методов. Как показано на рисунке 2, гидрогель ECF-5 продемонстрировал вязкоупругость, характерную для типичных гидрогелей. При деформации 0,3% изображена связь между модулем накопления (G') и модулем потерь (G'') на разных частотах. Гидрогель ECF-5 показал слабую корреляцию с частотой. Модуль накопления (G') гидрогелей, полученных тремя методами, составил приблизительно 10 кПа, что примерно в 10 раз больше модуля потерь (G'') и продемонстрировало типичные свойства полутвердого гидрогеля (рис. 2B). Это указывает на то, что гидрогели ECF-5, независимо от способа получения, проявляют типичную для гидрогеля вязкоупругость.
Графики модуля накопления (G') и модуля потерь (G'') в зависимости от уровня деформации при 10 рад/с (рис. 2C) показали, что как G', так и G'' остаются почти постоянными в диапазоне деформаций от 0,1% до 10%, при этом G' примерно в 10 раз выше, чем G''. Это говорит о том, что гидрогели ECF-5 являются типичными вязкоупругими гидрогелями, способными выдерживать нагрузки.

Рисунок 1: Пептидные гидрогели ECF-5. (A) Химическая структура ECF-5. (B) Макроскопическая морфология пептидного гидрогеля ECF-5 в концентрации 1%. (В) Микроструктура поверхности гидрогеля. (D) Микроскопическая морфология пептидных волокон ECF-5. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.

Рисунок 2: Макроскопическая морфология и реологическая характеристика гидрогелей. (A) Макроскопическая морфология гидрогелей в трех различных индуцированных гидрогелевых условиях, все с конечной концентрацией пептида ECF-5 3 мг/мл. Зависимость частоты (В) и деформации (В) модуля накопления (G') и модуля потерь (G'') гидрогеля ECF-5 в трех индукционных условиях при 1% концентрации. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.
Дополнительный рисунок 1: ЖХ-МС анализ пептида ECAFF. (A) Пиковое значение при времени удержания 13,238 мин является пиковым значением продукта. Элюат колонки контролировали при длине волны 220 нм и скорости потока 1 мл/мин с 0,1% трифторуксусной кислотой в 100% ацетонитриле. Доходность ECF-5 составляет 97,33%. (B) ESI/масс-спектрометрия подтверждает, что молекулярная масса ECF-5 составляет 616,1. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы загрузить этот файл.