突变蛋白导向构筑三维等离激元石墨烯凝胶用于细胞SERS成像

发布时间：2020-06-13 15:08

【摘要】：寻求用于多种模式下生物成像和治疗的多功能纳米平台是一项具有挑战性的任务。本文提出了用于控制3D超分子组装的通用自下而上生物纳米技术。通过基因工程突变二聚体蛋白和等离子体工程GO可以证明超分子结构的工程概念证明。在GO的3D超分子结构中掺入各向异性等离子体纳米颗粒作为中间层可以提供共价共轭位点并同时赋予GO的可调光学性质,其范围从紫外到近红外区域。有趣的是,精确设计目的基因的特异性双位点突变有利于给出有序的组装而不是GO的随机网状结构,这有助于提供优异的增强拉曼成像以跟踪癌细胞的行为。通过亚微米超分子组装体能够渗透到细胞核中表现出优异的癌细胞核内治疗潜力。由于蛋白质在癌症治疗、疫苗接种和再生医学等领域的广泛应用,其在细胞内的传递一直受到人们的关注。然而,将治疗性蛋白质递送至包括细胞质、细胞核和线粒体等细胞器是非常具有挑战性的任务,因为其难以逃避内体通路,避免通过内膜隔室被转运。因此,制备用于蛋白质递送至细胞内的有效纳米载体,例如基于聚合物、脂质介导、基于无机和蛋白质介导的纳米载体,已经引起了了越来越多研究者的兴趣。将性能互补蛋白质和纳米颗粒进行结合,将无机基纳米载体和功能性生物分子结合到纳米结构中,以纳米材料支架为依托加载蛋白质。蛋白质和无机纳米粒子的自组装其基于疏水相互作用,主客体包封或静电吸引的非共价偶联作用,这主要依赖于天然互补相互作用。在此,我们提出了用于给出蛋白质纳米颗粒超分子结构的程序化合成的共同工程组装方法。我们通过基因工程蛋白和等离子体工程无机/有机聚合物氧化石墨烯的代表性实例证明了该提议。作为柔性2D材料,石墨烯或氧化石墨烯(GO)由于其水分散性、低细胞毒性以及与碳纳米管相比具有大的表面积,而已广泛应用于生物传感和生物医学应用。将柔性2D石墨烯片组装成3D结构促进了石墨烯材料在能量、传感、生物领域的广泛应用。因为它们具有优异的性能,因此一些先进技术包括已经开发出模板制导、化学气相沉积、胶体球合成、溶剂热合成、溶胶凝胶合成等,已经被开放用于制造石墨烯3D结构。对石墨烯或氧化石墨烯3D结构的研究一直专注于3D随机互连石墨烯网络的制造和应用;相比之下,由于其层叠良好、高度有序的多层结构,以此构建有组织的体系结构,如层叠结构或液晶结构,显得更具挑战性。到目前为止,GO层状结构的研究仅限于聚合物引导技术;然而到目前为止,还没有关于工程化蛋白质氧化石墨烯超分子组装的报道。在本文中,为了控制GO的3D超分子结构(GO 3D SA),设计了氧化石墨烯与基因工程蛋白结合的金属夹层等离子体工程。该途径解决了GO生物医学应用的几个关键问题。(Ⅰ)无机/有机三维杂化物作为稳定的胶囊,为离子和分子的进入和扩散以及治疗性蛋白质的细胞内递送提供了有效途径。(Ⅱ)利用基因工程突变蛋白代替野生型蛋白与纳米粒子共组装,赋予超分子结构。(Ⅲ)各向异性等离子体中间层可以避免GO的纠缠,为跟踪癌细胞提供可调的光学能力。(Ⅳ)有效的药物负载特征是可以实现超分子组装的刺激响应药物释放。
【图文】：

１．１石墨烯简介逡逑石墨烯是碳的结晶形式之一，它是ｓｐ杂化的单层轨道，，紧密堆积到二维逡逑（２Ｄ）蜂窝晶格中（图１．１）。每个碳原子都有三个0键和一个平面外的７１键，逡逑它们可以与相邻的原子结合［１］。该原子结构与石墨烯的电子分布相结合，导致高逡逑导热性、独特的光学行为、优异的机械性能、极端条件下的化学稳定性和大的表逡逑面积。此外，通过化学和物理改性，石墨烯片可以转化为石墨烯相关材料，例如逡逑单层和多层石墨烯，氧化石墨烯（ＧＯ）和还原ＧＯ邋（ｒＧＯ），每种材料都具有独逡逑特的可调特性。自从２００４［Ｊ＞年被发现，它己被广泛地应用于各种领域，诸如柔性逡逑电子［３，４］、超级电容器［５１、电池［６］、可打印的油墨［７］、光学及电化学传感器＆１Ｑ］和逡逑储能等［ｉｗ３］。逡逑Ａｆｔ邋ｆｔｐ逦ｆ邋ａ！逡逑Ｔｉｓｓｕｅ邋Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ逡逑；逦Ｇｅｎｅ邋Ｓｃ．邋Ｄｍａ邋ｄｅｌｈ邋ｅｒｖｒ逡逑Ｇｒａｐｌ＾ｅｎｅ逡逑（逦Ｗｒ＇ｒ逦＼逡逑！逦Ｍｅｃｌｔａｎｉｃａｌ邋Ｓｔｒｅｎｇｔｈ邋－邋１邋ＴＰａ逦Ｉ逡逑＼邋Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ邋Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ邋￣邋ＩＯ４邋Ｓ邋ｃｍ邋Ｉ逡逑＼邋Ｏｐｔｉｃａｌ邋Ｔｒａｎｓｉｍｉｔｔａｎｃｅ邋－邋９７，７°0邋Ｊ逡逑ＱＤ－ｇｒａｐｈｅｎｅ邋Ｍ｜逡逑ｍ逡逑＊＊逦Ｂｉｏｓｅｎｓｏｒ逡逑Ｂｉｏｉｍａｇｅ逡逑３Ｄ邋ｐｒｉｍ

［７Ｑ］。ＧＦＰ用于评估转染效率，结果显示ＰＥＩ－ＧＯ复合物在ＥＧＦＰ转染的细胞中提逡逑高了邋９倍。在制备了邋ＧＯ－ＰＥＩ复合物以有效加载ｍＲＮＡ用于临床应用［７１］（图１．４邋ｂ）。逡逑８逡逑
【学位授予单位】：安徽大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：R318

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本文编号：2711355