CCS Chemistry | 湖南大學袁荃:構築仿生近紅外光合細胞,拓展納米...

2020-11-26 澎湃新聞

利用分子間的弱相互作用製造和模擬各種智能生物結構是自組裝和仿生科學的研究興趣和目標。近期，湖南大學袁荃課題組向光合細菌學習，基於材料分級組裝成功構建了一種具有優異近紅外光熱響應性能的仿生光合細胞。

光合細菌是自然界最簡單的單細胞生物體之一，能夠吸收光能進行光合作用，並高效地將光能轉化為生物可以利用的化學能。以納米材料構築仿生光合細胞，模擬其高效及持續的能量轉換，提高對光能的精確操控，開發更加高效的能量轉換途徑，在能量轉換/儲存、光電子學及納米醫學等領域有巨大的應用前景。

光合作用最重要的過程是光收集分子吸收太陽能繼而傳遞到光合成反應中心。目前多數研究是將光收集分子直接組裝在載體平臺上，使能量能夠快速高效地轉移到光合反應中心。但是，分子構象及反應中心的穩定性受周圍環境的影響較大。另外，當前多數研究的人工模擬光收集體系是利用可見光作為主要的能量來源，但是46%的太陽光是屬於近紅外光範圍，並且近紅外光具有深層組織通透性，可以擴展其在生物醫學中的應用。

針對上述問題，湖南大學袁荃課題組基於材料分級組裝將近紅外光收集體系——核-衛星狀結構的「上轉換納米顆粒@黑磷量子點（UCNPs@BPQDs）」封裝在高穩定、高生物兼容性的核酸適體修飾的磷脂雙分子層中，構建的人工細胞（UBAL）具有優異的近紅外光熱響應性能。人工細胞的UCNPs可以有效地吸收近紅外光並將能量轉移給BPQDs，使BPQDs基態電子發生躍遷，激發態的電子將能量傳遞給氧分子生成單線態氧（1O2），同時BPQDs吸收近紅外光產生熱量。同時，脂質體雙分子層膜負載UCNPs@BPQDs形成類光合細菌的核殼結構，可以維持其內部相對穩定的結構和微環境，使UBAL同時具有良好的光熱穩定性。

作者進一步通過實驗證實了UBAL對於人類乳腺癌細胞（MCF-7)有強大的靶向親和力，對腫瘤組織有明顯的抑制和破壞作用。通過小鼠實驗證明，其在生物體內具有高度的組織相容性。為了研究UBAL在體內的腫瘤特異性聚集能力，採用UCL成像技術對尾靜脈注射至患腫瘤小鼠的UBAL進行了跟蹤和對比實驗。實驗結果表明，在近紅外光照下， 腫瘤部位富集的UBAL產生了顯著的光熱轉換，具有良好的抗腫瘤效果。

近紅外仿生光合細胞不僅提供了一種基於納米組裝的光收集體系的普適方法，也為構建人工智慧生物系統開闢了新的可能。該工作發表在CCS Chemistry2019年第四期。

文章詳情：

Photoresponsive Biomimetic Protocells for Near-Infrared-Light Regulated Phototheranostics

Ling Liang , Yawei Tang , Xiaoxiao Hu , Jie Wang , Shehua Xiao , Dan Li , Linna Fu , Zhihao Li & Quan Yuan *

DOI：10.31635/ccschem.019.20180033

Cite this: CCS Chem. 2019, 1, 490–501

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