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复旦大学在新型多孔材料可控合成及仿生逻辑门构建方面取得进展
2024/04/12
图(a)乳液定向诱导构建双球状双介孔非对称纳米粒子流程图;(b,c)生物质逻辑门示意图;(d-g)双球状双介孔非对称纳米粒子透射电镜、扫描电镜、元素分布图;(h-j)双球状双介孔非对称纳米粒子孔径分布及对应孔径高倍透射电镜图
在国家自然科学基金项目(批准号:22088101、22075049、21875043)等资助下,复旦大学赵东元院士/李晓民教授团队在新型多孔材料构建仿生逻辑门方面取得进展,相关研究成果以“乳液定向诱导双球状非对称介孔纳米粒子用于生物质逻辑门(Emulsion-Oriented Assembly for Janus Double-Spherical Mesoporous Nanoparticles as Biological Logic Gates)”为题,于2023年4月13日发表在《自然·化学》(Nature Chemistry)杂志上。论文链接:https://www.nature.com/articles/s41557-023-01183-4。
自然界的信息传递方式多种多样,其中细胞内,细胞器之间的生物质信息传递系统,因为其高度专一性和选择性,被研究者广为关注。介孔材料因为其具有可控负载与释放客体物质的能力,被认为在模拟自然界的信息传递、构建生物质逻辑体系方面具有极高的前景。然而,想要模拟细胞的高度复杂的内部逻辑体系,其首要条件是构造类似于细胞器的多个独立的信号存储、转换单元。传统的各向同性介孔纳米材料只能让各种物质混杂负载,无法实现有序信息传递。同时文献所报道的非对称介孔纳米材料,也主要是无孔或只拥有小的介孔 (< 3 nm),无法实现对大尺寸功能性生物分子的负载。但合成具有可调节的大尺寸介孔非对称纳米颗粒,仍然是一个巨大的挑战。
针对此问题,该团队提出了乳液诱导各向异性组装策略,合成了具有可调节大介孔的非对称MSN&mPDA纳米粒子(MSN:介孔二氧化硅纳米粒子,mPDA:介孔聚多巴胺)。所得到的双介孔非对称MSN&mPDA纳米粒子具有花生状不对称形态,每个纳米粒子由一个直径约150 nm的MSN纳米球和一个约120 nm的mPDA半球形组成。区别于以前报道的介孔Janus纳米粒子的小尺寸介孔 (< 3 nm),该工作合成非对称纳米粒子在MSN和mPDA两个单元同时拥有大且可调的介孔。MSN单元中的介孔孔径实现 3~ 25 nm之间可调,mPDA单元介孔孔径在 5~ 50 nm之间可调。通过在不同介孔单元进行选择性的修饰和负载,实现了不同类型的颗粒内串联生化反应,由此构建了单颗粒级别仿生生物质逻辑体系。
该工作提出以微乳液为结构导向剂制备非对称介孔材料的思路,在单个颗粒水平上对各个单元介孔孔径进行连续可调,基于此实现了单颗粒内部串联信号传递。该材料有望作为新型智能纳米材料,应用于药物递送、信息传感、分析检测等多个重要领域。
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