基于病毒组件的纳米材料的自组装合成、功能化及应用
发布时间：2021-07-26 13:48
病毒在传统意义上是感染性病原体。同时,病毒也是蛋白质、核酸等生物大分子的有序组装体,处于典型的几十到几百纳米尺寸范围,近年来在材料学等交叉学科领域引起广泛兴趣。从材料学的角度,病毒衣壳具有形状大小均一、结构可寻址、易于修饰改造、易于生物合成、生物相容性好等诸多优点。本文介绍了基于病毒组件的纳米材料的结构特性,基因工程、化学修饰、生物矿化和自组装等生物合成及功能化策略,以及在生物医学成像、生物传感、核酸及药物递送、疫苗与免疫调节剂、组织工程、纳米反应器、微电子元件、纳米光子学等不同领域的应用。当前基于病毒组件的纳米材料研究在病毒纳米颗粒的理性设计、（多级）组装的精准控制、免疫原性调控、活体高效靶向递送、稳定性等方面还有诸多难题亟待突破。强化学科深度交叉、攻克这些难题、推动实际应用与转化则代表了病毒纳米材料领域的发展方向。
【文章来源】：合成生物学. 2020,1(03)
【文章页数】：21 页
【部分图文】：
通过基因工程、化学修饰、矿化和组装等策略对VNP进行功能化改造
许多纳米材料都具有可表征的光学性质，当它们距离足够近时，其光学性质的相互作用可能产生新的性质。2006年，Wang等[186]用芜菁黄花叶病毒（turnip yellow mosaic virus,TYMV)VNP建立起一种用于时间分辨免疫荧光分析的原型结构，采用荧光共振能量转移原理，可发展基于多价修饰VNP的传感器。2011年，Li等以SV40VNP为骨架，构建了一系列内腔包装QD、外表面展示Au NP的杂化组装体（见2.4节），为定量研究Au NP和QD之间的光学相互作用现象提供了模型。实验结果与理论预测一致表明Au NP对QD荧光具有强烈的累积猝灭效应，而连接在VNP表面的Au NP之间仅存在微弱的表面等离子共振耦合效应（图6)[187]。而在另外一个实验体系中，包装在MS2 VNP内腔的Au NP与修饰在VNP外表面的荧光染料之间呈现距离依赖性荧光增强效应[188]。这些工作表明，得益于其精确可控的三维结构，VNP在多功能纳米材料的合成以及纳米光子学基础物理的探究中能够发挥重要作用。近年来，应用于能源技术开发的仿生光合成系统引起了人们的极大兴趣。与天然光合成系统类似，VNP能够提供亚纳米精度的发色团定位。棒状VNP具有螺旋对称性、周期性以及刚性，可作为构建仿生光捕获阵列的平台。2007年，Francis等[189]构建了以TMV纳米棒为模板的光捕获体系。衣壳蛋白和不同的发色团连接后，它们共组装形成了纳米盘或者纳米棒结构，并表现出光转移活性。在广谱性光收集三发色团系统中，总效率超过90%。在双发色团系统的皮秒时间分辨荧光实验中，187 ps内Oregon Green 488对Alexa Fluor 594的能量转移效率为36%[190]。为了构建几何学上接近自然光合成系统的光捕获结构，Dedeo等[191]通过突变构建了蛋白质N端或者C端位于纳米盘或棒中央的组装体，为在内孔修饰发色团提供了便利。发色团的朝向会影响光捕获过程中能量的转移，科学家通过引入一定数量的缺失突变来评估这种效应，结果表明TMV纳米棒状系统相较于盘状系统具有更高的光捕获效率，原因在于供体到供体转移途径的延长[192]。这项工作为优化人工光捕获纳米结构提供了思路。此外，Majima等[193]以TMV为模板，以锌（Zn）配位卟啉及自由碱基卟啉为供体和受体的实验表明能量转移效率还和骨架中基团的距离相关。
VNP举例
【参考文献】：
期刊论文
[1]病毒样颗粒限域纳米催化剂提高催化加氢活性[J]. 朱劼,胡加慧,杨坤,卢晓雪. 精细化工. 2019(11)
[2]病毒纳米颗粒在医学领域的潜在应用[J]. 李凯,张金玲,王倩,孙军,田国宁,高彦,房灵军. 生物医学工程学杂志. 2014(03)
[3]自组装病毒样纳米结构与超灵敏生物传感[J]. 门冬,张先恩,张治平. 东南大学学报(医学版). 2011(01)
本文编号：3303683
【文章来源】：合成生物学. 2020,1(03)
【文章页数】：21 页
【部分图文】：
通过基因工程、化学修饰、矿化和组装等策略对VNP进行功能化改造
许多纳米材料都具有可表征的光学性质，当它们距离足够近时，其光学性质的相互作用可能产生新的性质。2006年，Wang等[186]用芜菁黄花叶病毒（turnip yellow mosaic virus,TYMV)VNP建立起一种用于时间分辨免疫荧光分析的原型结构，采用荧光共振能量转移原理，可发展基于多价修饰VNP的传感器。2011年，Li等以SV40VNP为骨架，构建了一系列内腔包装QD、外表面展示Au NP的杂化组装体（见2.4节），为定量研究Au NP和QD之间的光学相互作用现象提供了模型。实验结果与理论预测一致表明Au NP对QD荧光具有强烈的累积猝灭效应，而连接在VNP表面的Au NP之间仅存在微弱的表面等离子共振耦合效应（图6)[187]。而在另外一个实验体系中，包装在MS2 VNP内腔的Au NP与修饰在VNP外表面的荧光染料之间呈现距离依赖性荧光增强效应[188]。这些工作表明，得益于其精确可控的三维结构，VNP在多功能纳米材料的合成以及纳米光子学基础物理的探究中能够发挥重要作用。近年来，应用于能源技术开发的仿生光合成系统引起了人们的极大兴趣。与天然光合成系统类似，VNP能够提供亚纳米精度的发色团定位。棒状VNP具有螺旋对称性、周期性以及刚性，可作为构建仿生光捕获阵列的平台。2007年，Francis等[189]构建了以TMV纳米棒为模板的光捕获体系。衣壳蛋白和不同的发色团连接后，它们共组装形成了纳米盘或者纳米棒结构，并表现出光转移活性。在广谱性光收集三发色团系统中，总效率超过90%。在双发色团系统的皮秒时间分辨荧光实验中，187 ps内Oregon Green 488对Alexa Fluor 594的能量转移效率为36%[190]。为了构建几何学上接近自然光合成系统的光捕获结构，Dedeo等[191]通过突变构建了蛋白质N端或者C端位于纳米盘或棒中央的组装体，为在内孔修饰发色团提供了便利。发色团的朝向会影响光捕获过程中能量的转移，科学家通过引入一定数量的缺失突变来评估这种效应，结果表明TMV纳米棒状系统相较于盘状系统具有更高的光捕获效率，原因在于供体到供体转移途径的延长[192]。这项工作为优化人工光捕获纳米结构提供了思路。此外，Majima等[193]以TMV为模板，以锌（Zn）配位卟啉及自由碱基卟啉为供体和受体的实验表明能量转移效率还和骨架中基团的距离相关。
VNP举例
【参考文献】：
期刊论文
[1]病毒样颗粒限域纳米催化剂提高催化加氢活性[J]. 朱劼,胡加慧,杨坤,卢晓雪. 精细化工. 2019(11)
[2]病毒纳米颗粒在医学领域的潜在应用[J]. 李凯,张金玲,王倩,孙军,田国宁,高彦,房灵军. 生物医学工程学杂志. 2014(03)
[3]自组装病毒样纳米结构与超灵敏生物传感[J]. 门冬,张先恩,张治平. 东南大学学报(医学版). 2011(01)
本文编号：3303683
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