生物小分子的自组装用于仿生光合成和光动力抗肿瘤治疗
[Abstract]:Biomolecule can construct complex biological function system by self-organization. Inspired by bio-assembly, hierarchical self-assembly of bio-molecule provides a new strategy for constructing functional materials and a new perspective for understanding life phenomena. Natural photosynthesis system can convert solar energy into chemistry efficiently. How to simulate the delicate organization principles of proteins, pigment molecules and cofactors in photosynthetic systems to enhance the sustainability of light capture, charge separation and catalytic reactions has become a key scientific issue in constructing biomimetic photosynthetic systems. A series of biomimetic photosynthetic systems were constructed by molecular self-assembling, which simulated the organization principle and mechanism of the photosynthetic system. In the construction of porphyrin-based biomimetic photosynthetic system, two basic strategies were adopted, one was the co-assembly of oligopeptides and porphyrins, the other was the self-assembly template regulation of oligopeptides or amino acid-metal ions. Porphyrin assembly. In the construction of the original photosynthetic system, non-photosynthesized amino acid-metal ion assemblies were driven by thermal energy to convert into probiotic pigments (original light trapping units). The specific research contents are mainly divided into the following four parts: (1) hydrophilic dipeptides regulate the graded self-assembly of porphyrin molecules through electrostatic and hydrogen bonding interactions, forming a hydrophilic dipeptide. Long-range ordered fiber bundles, in which porphyrin molecules are J-aggregated and J-aggregated nanorods are directionally arranged, simulate the structure pattern of bacteriorubin in green bodies and enhance the ability of light absorption and energy transfer. After modification, amphiphilic amino acid self-assembled nanofibers can form adhesive nanofibers templates containing phenol and quinone groups, which can regulate the structure of metalloporphyrin molecules and metal oxides (oxygen-producing catalysts) by coordination and electrostatic interaction. Metalloporphyrins are annular arranged on the surface of nanofibers, and quinone groups can act as electrons. Receptors, which mimic the light-harvesting units of purple bacteria and the quinone-type reaction centers of oxygen-producing photosynthetic systems, enhance charge separation. Hybrid nanofibers can produce visible-light photocatalytic oxygen. (3) Inspired by the pathological process of cystine stones, metal ions regulate the crystallization of cystine through coordination and hydrogen bonding, forming cystine. The microspheres can encapsulate porphyrins and enzymes by electrostatic interaction during crystal growth. The microspheres also simulate the matrix structure of chloroplasts and the light-dark coupling reaction, which enhances the sustainability of photocatalytic fuel production. (4) Amino acids and metal ions as the pre-biological model. Cystine-zinc assemblies can be transformed into carbon-doped zinc sulfide microspheres with hierarchical structure under hydrothermal conditions. Cystine-zinc assemblies can capture both ultraviolet and visible light and catalyze the original photosynthetic reactions. This provides an evolutionary model of the original photosynthetic system and is verified experimentally. Bio-small molecule self-assembly can also be used in the field of biomedicine. To solve the problem of low bioavailability of photosensitizers in photodynamic therapy, a novel photosensitizer delivery system was constructed by using oligopeptides to regulate porphyrin molecular self-assembly. The electrostatic, hydrophobic and pi-pi stacking with porphyrins restricts the self-assembly of photosensitizer drugs to nano-scale, forming nanospheres. The assembled photosensitizer drug nanospheres have many therapeutic advantages, including high drug loading, responsive release, and tumor targeting. These characteristics improve the bioavailability of photosensitizer drugs, and in light. In this work, we have constructed a functional system of complex structures for biomimetic photosynthesis and anti-tumor photodynamic therapy by using hierarchical self-assembly of small biological molecules. Adjusting molecules, self assembling processes at nanometer and micron scale control the scale and structure of the assembly.
【学位授予单位】:中国科学院大学(中国科学院过程工程研究所)
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:R73-36
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,本文编号:2219914
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