蛋白基納米結構可控組裝研究方面取得進展

生物大分子蛋白質經過億萬年的自然選擇與進化，形成一系列結構豐富、功能獨特的自組裝體。近幾年，基於蛋白質作為模板，通過引導納米功能粒子特異性結合，實現蛋白-粒子複合材料的組裝逐漸成為納米生物材料領域研究的熱點。該策略主要利用蛋白質豐富的結構優勢，通過修飾或功能化，使蛋白具有特異性結合功能納米粒子的能力，從而形成預先定義的納米超結構。這些超結構不僅能夠單一放大基元本身固有的屬性，還可以實現不同性能基元的集合，從而製備功能多樣的新型材料。重要的是，基元在空間特定排列和取向或者基元間相互協同作用往往賦予這些組裝體新的物理、化學性能，例如光子晶體、手性超結構、負折射材料等。然而，由二十種不同氨基酸構成的蛋白質其表面化學複雜多樣，造成多組分、各向異性、多級組裝過程中蛋白與納米客體之間的相互作用、空間取向以及堆積方式仍難於控制。

針對這一挑戰，近日中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所研究員王強斌課題組在前期工作（Nano Letts.2018, 18, 6563-6569;J. Am. Chem. Soc.2018, 140, 8074-8077;ACS Nano2018, 12, 1673-1679;Small2019;Small2019）基礎上，利用具有特定短柱狀中空結構的煙草花葉病毒衣殼蛋白（tobacco mosaic virus coat protein, TMVCP）作為模板，通過定點功能化，特異性結構納米粒子，形成一系列精準離散納米結構。接著，進一步利用TMVCP作為基元，通過側表面基團橫向連接，構築大尺寸、單層蛋白陣列模板。基於此模板，通過調控組裝參數，成功製備包括蜂窩狀、六方等多種不同排列方式的高精準二維粒子陣列。其排列精準性和可調性在之前蛋白基納米材料中是未曾見過的。研究人員通過大量的實驗嘗試，還證實所設計的單層蛋白模板對多種功能粒子都具有良好特異性指導組裝功能。並且，通過調控粒子組裝的前後順序，還可以將不同功能的粒子有序集合，形成複雜的二元二維粒子陣列。該研究不僅進一步推進蛋白基納米材料結構上的有效調控，也為設計新型功能材料提供了新的思路。

以上工作發表在《先進材料》期刊上（Advanced Materials，DOI：10.1002/adma. 201901485)。該工作得到國家自然科學基金（21425103, 21673280, 21703282）和國家重點研發計劃（2016YFA0101503, 2017YFA0205503）等的經費支持。

圖1. TMVCP特異性指導多種離散納米結構的組裝

圖2. 構築TMVCP單層蛋白模板用於二維粒子陣列的組裝

來源：中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所

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