生物大分子蛋白質(zhì)經(jīng)過億萬年的自然選擇與進化，形成一系列結(jié)構(gòu)豐富、功能獨特的自組裝體。近幾年，基于蛋白質(zhì)作為模板，通過引導納米功能粒子特異性結(jié)合，實現(xiàn)蛋白-粒子復合材料的組裝逐漸成為納米生物材料領(lǐng)域研究的熱點。該策略主要利用蛋白質(zhì)豐富的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢，通過修飾或功能化，使蛋白具有特異性結(jié)合功能納米粒子的能力，從而形成預先定義的納米超結(jié)構(gòu)。這些超結(jié)構(gòu)不僅能夠單一放大基元本身固有的屬性，還可以實現(xiàn)不同性能基元的集合，從而制備功能多樣的新型材料。重要的是，基元在空間特定排列和取向或者基元間相互協(xié)同作用往往賦予這些組裝體新的物理、化學性能，例如光子晶體、手性超結(jié)構(gòu)、負折射材料等。然而，由二十種不同氨基酸構(gòu)成的蛋白質(zhì)其表面化學復雜多樣，造成多組分、各向異性、多級組裝過程中蛋白與納米客體之間的相互作用、空間取向以及堆積方式仍難于控制。

　　針對這一挑戰(zhàn)，近日中國科學院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所研究員王強斌課題組在前期工作（Nano Letts. 2018, 18, 6563-6569; J. Am. Chem. Soc. 2018, 140, 8074-8077; ACS Nano 2018, 12, 1673-1679; Small 2019; Small 2019）基礎上，利用具有特定短柱狀中空結(jié)構(gòu)的煙草花葉病毒衣殼蛋白（tobacco mosaic virus coat protein, TMVCP）作為模板，通過定點功能化，特異性結(jié)構(gòu)納米粒子，形成一系列精準離散納米結(jié)構(gòu)。接著，進一步利用TMVCP作為基元，通過側(cè)表面基團橫向連接，構(gòu)筑大尺寸、單層蛋白陣列模板。基于此模板，通過調(diào)控組裝參數(shù)，成功制備包括蜂窩狀、六方等多種不同排列方式的高精準二維粒子陣列。其排列精準性和可調(diào)性在之前蛋白基納米材料中是未曾見過的。研究人員通過大量的實驗嘗試，還證實所設計的單層蛋白模板對多種功能粒子都具有良好特異性指導組裝功能。并且，通過調(diào)控粒子組裝的前后順序，還可以將不同功能的粒子有序集合，形成復雜的二元二維粒子陣列。該研究不僅進一步推進蛋白基納米材料結(jié)構(gòu)上的有效調(diào)控，也為設計新型功能材料提供了新的思路。

　　以上工作發(fā)表在《先進材料》期刊上（Advanced Materials，DOI：10.1002/adma. 201901485)。該工作得到國家自然科學基金（21425103, 21673280, 21703282）和國家重點研發(fā)計劃（2016YFA0101503, 2017YFA0205503）等的經(jīng)費支持。

圖1. TMVCP特異性指導多種離散納米結(jié)構(gòu)的組裝 

圖2. 構(gòu)筑TMVCP單層蛋白模板用于二維粒子陣列的組裝