多肽:调控无机纳米粒子的仿生合成与同步自组装

研究人员运用具有识别和自组装能力的多肽为模板,成功实现单步合成及有序组装空心球状金纳米粒子超结构。

纳米粒子超结构(Nanoparticle Superstructures)由于其独特的物理特性以及在等离子体、分子检测和功能纳米器件等方面的广阔应用前景而引起研究人员的巨大兴趣。然而该特殊结构的形成总会涉及到一个悬而未决的问题——如何合理控制纳米粒子有序自组装成超结构的行为,并精确操纵超结构中纳米粒子的位置和空间分布,从而实现对纳米粒子超结构性能的调控。最近来自美国匹兹堡大学(University of Pittsburgh)的研究人员Rosi教授及其合作者对于纳米超结构的可控有序组装做出了一种新的尝试:利用多肽偶联体(Peptide Conjugate Molecules)作为模板设计合成具有复杂形态的纳米粒子超结构。该策略的独特之处在于此方法集纳米粒子的合成和超结构有序自组装于一步。

选择多肽偶联体作为模板的优势在于:(1) 多肽偶联体具有无机识别基序(Inorganic Recognition Motif),可识别并吸附在特定纳米粒子表面,并且能够通过生物矿化的方式诱导纳米粒子的仿生合成;(2) 多肽偶联体具有分子水平上的精巧自组装能力,可以引导纳米粒子有序地形成特定超结构。

基于以上考量,来自该小组的研究人员首次展示了以多肽偶联体作为模板达到单步构建金纳米粒子球状超结构的新方法:通过预先设计新型多肽偶联体实现了氯金酸溶液中金纳米粒子及空心球状超结构的合成与同步自组装。该方法巧妙地利用多肽偶联体的生物矿化能力和自组装能力,使原本繁琐的纳米超结构的构建过程简化为一步实验。同时,研究人员还观察到仅需通过多肽偶联体中序列的细微改变即可调控所形成的超结构的直径(比如,当疏水片段丙氨酸的数量由2变成3时,其直径由大于100 nm减少到小于50 nm)。此外,研究人员还发现只需稍微变动实验程序即可控制纳米超结构的构型(例如氯金酸滴加次数由1次变为2次时,所得到的超结构由单一的空心球状变为球状和线状结构的混合体)。这一研究结果证明了合理使用多肽偶联体可以获得丰富的纳米超结构。

 

L. Hwang, et al. Small 2011, DOI: 10.1002/smll.201100477.