可用于细胞聚集的碳纳米管生物杂化材料

由于其优异的导电性、化学惰性、机械韧性和弹性,碳纳米管(CNTs)被广泛应用于生物学和医学领域,如电化学生物传感器,纳米管器件,人工肌肉,和光热癌症治疗等。但是碳纳米管(特别是单壁碳纳米管)在水中很难分散,这使得碳纳米管的生物应用受到了很大的限制。近来,化学家利用共价键修饰碳纳米管以提高其在水中的溶解度。但这种方法通常会导致碳纳米管结构的破坏,严重影响它们的机械和电子特性。运用非共价键修饰的方法(超分子修饰)可以有效提高碳纳米管在水里的分散性,同时不会影响它们的结构以及独特性质。另一方面,碳纳米管与活细胞之间的生物相容性也是材料应用于生物领域的重要因素。带正电荷的聚电解质,如聚乙烯亚胺和聚赖氨酸,用于缠结疏水性的碳纳米管,以增进杂化材料与带负电荷的细胞膜之间的粘结力。然而,这种强的静电相互作用往往会导致细胞死亡。

浙江大学化学系黄飞鹤课题组制备了含有生物相容性基团(半乳糖)和芳香环(萘环或NDI)的两亲性小分子。利用π-π相互作用,这些两亲性分子可以吸附在碳纳米管表面,使得碳纳米管可以很好的分散在水中。另一方面,半乳糖的存在赋予了这种超分子杂化材料优异的生物性能。通过碳水化合物-蛋白质这种具有高度特异性的相互作用(carbohydrate-protein interactions),杂化材料可以用于大肠杆菌的聚集。研究发现,材料的长度对大肠杆菌聚集能力起到了决定性作用。碳纳米管作为模板,使得这种超分子杂化材料相比于两亲性分子组装体稳定性更高,更长,对大肠杆菌的聚集能力得到了有效地提高。研究成果发表在材料类国际顶级期刊《先进材料》(Adv. Mater. 2013, DOI: 10.1002/ adma.201302942.)上。

该论文的第一作者为博士研究生喻国灿,他2010年加入黄飞鹤教授课题组,目前主要从事超分子自组装以及生物相关应用。已经以第一作者身份发表学术论文8篇,包括1篇Chem. Soc. Rev., 4篇J. Am. Chem. Soc.,1 篇Adv. Mater.,1 篇Chem. Commun.,和1篇Eur. J. Org. Chem.。该工作得到了国家自然科学基金(91027006, 21125417),中央高校基本科研业务费(2012QNA3013)的资助。

来源:浙江大学化学系