《中國(guó)材料進(jìn)展網(wǎng)》
我國(guó)學(xué)者在新型多孔材料可控合成及仿生邏輯門構(gòu)建方面取得進(jìn)展
發(fā)布時(shí)間：2023年4月26日
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在國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（批準(zhǔn)號(hào)：22088101、22075049、21875043）等資助下，復(fù)旦大學(xué)趙東元院士/李曉民教授團(tuán)隊(duì)在新型多孔材料構(gòu)建仿生邏輯門方面取得進(jìn)展，相關(guān)研究成果以“乳液定向誘導(dǎo)雙球狀非對(duì)稱介孔納米粒子用于生物質(zhì)邏輯門（Emulsion-Oriented Assembly for Janus Double-Spherical Mesoporous Nanoparticles as Biological Logic Gates）”為題，于2023年4月13日發(fā)表在《自然·化學(xué)》（Nature Chemistry）雜志上。
自然界的信息傳遞方式多種多樣，其中細(xì)胞內(nèi)，細(xì)胞器之間的生物質(zhì)信息傳遞系統(tǒng)，因?yàn)槠涓叨葘Ｒ恍院瓦x擇性，被研究者廣為關(guān)注。介孔材料因?yàn)槠渚哂锌煽刎?fù)載與釋放客體物質(zhì)的能力，被認(rèn)為在模擬自然界的信息傳遞、構(gòu)建生物質(zhì)邏輯體系方面具有極高的前景。然而，想要模擬細(xì)胞的高度復(fù)雜的內(nèi)部邏輯體系，其首要條件是構(gòu)造類似于細(xì)胞器的多個(gè)獨(dú)立的信號(hào)存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)換單元。傳統(tǒng)的各向同性介孔納米材料只能讓各種物質(zhì)混雜負(fù)載，無(wú)法實(shí)現(xiàn)有序信息傳遞。同時(shí)文獻(xiàn)所報(bào)道的非對(duì)稱介孔納米材料，也主要是無(wú)孔或只擁有小的介孔 (< 3 nm)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)大尺寸功能性生物分子的負(fù)載。但合成具有可調(diào)節(jié)的大尺寸介孔非對(duì)稱納米顆粒，仍然是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。
針對(duì)此問(wèn)題，該團(tuán)隊(duì)提出了乳液誘導(dǎo)各向異性組裝策略，合成了具有可調(diào)節(jié)大介孔的非對(duì)稱MSN&mPDA納米粒子（MSN：介孔二氧化硅納米粒子，mPDA：介孔聚多巴胺）。所得到的雙介孔非對(duì)稱MSN&mPDA納米粒子具有花生狀不對(duì)稱形態(tài)，每個(gè)納米粒子由一個(gè)直徑約150 nm的MSN納米球和一個(gè)約120 nm的mPDA半球形組成。區(qū)別于以前報(bào)道的介孔Janus納米粒子的小尺寸介孔 (< 3 nm)，該工作合成非對(duì)稱納米粒子在MSN和mPDA兩個(gè)單元同時(shí)擁有大且可調(diào)的介孔。MSN單元中的介孔孔徑實(shí)現(xiàn) 3~ 25 nm之間可調(diào)，mPDA單元介孔孔徑在 5~ 50 nm之間可調(diào)。通過(guò)在不同介孔單元進(jìn)行選擇性的修飾和負(fù)載，實(shí)現(xiàn)了不同類型的顆粒內(nèi)串聯(lián)生化反應(yīng)，由此構(gòu)建了單顆粒級(jí)別仿生生物質(zhì)邏輯體系。
該工作提出以微乳液為結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑制備非對(duì)稱介孔材料的思路，在單個(gè)顆粒水平上對(duì)各個(gè)單元介孔孔徑進(jìn)行連續(xù)可調(diào)，基于此實(shí)現(xiàn)了單顆粒內(nèi)部串聯(lián)信號(hào)傳遞。該材料有望作為新型智能納米材料，應(yīng)用于藥物遞送、信息傳感、分析檢測(cè)等多個(gè)重要領(lǐng)域。
日期 2023-04-24 來(lái)源：化學(xué)科學(xué)部 國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)