Angew. Chem. Int. Ed.：仿生合成多肽门纳米薄膜用于灵活的分子运输

【引言】

可控的分子运输对于体内外的功能材料的设计都有着至关重要的意义。纳米多孔膜具有纳米级别的孔隙。孔隙率高、孔径均匀、表面化学性质可控等优点使其在可控分子运输的领域有着极大潜能。本文报道了一种基于多肽门纳米孔膜设计的纳米门控系统，该系统可以实现可控的分子转运。本文将多肽引入到多孔膜中，通过肽的可逆构象的转换来实现纳米门控系统的开合。这种纳米门控系统可用于药物缓释，也可作为一个可控的分子传输平台来控制药物递送。

【成果简介】

近日，中国科学院理化技术研究所、中国科学院大学江雷院士、闻利平研究员与延安大学张玉琦教授、中国科学院理化技术研究所Kong XiangYu（共同通讯作者）等人在可控的分子运输方面取得进展。通过将肽链CGGC引入多孔生物膜中，利用肽链CGGC在二硫苏糖醇（DTT）或氧气作用下发生构型转变来实现孔道的开合，从而构建了可控的分子运输系统。此项研究成果以“Biomimetic Peptide-Gated Nanoporous Membrane for On-Demand Molecule Transport”为题发表在Angewandte Chemie International Edition上。

【图文导读】

图1：二硫苏糖醇（DTT）驱动肽链CGGC构型转变的过程。

（a）二硫苏糖醇（DTT）驱动肽链CGGC超形变示意图；

（b）肽链CGGC形变前后结构；

（c）肽链CGGC形变前后圆二色光谱图；

（d）CGGC形成的锥形通道的横截面的扫描电镜图像；

（e）肽链CGGC形变前后底侧和端侧的SEM图像及直径分布，图中标尺：500 nm（底侧）和100 nm（端侧）；

（f）肽链修饰前后的纳米多孔膜的XPS能谱。

图2：纳米门控系统开合状态电化学测试。

（a）纳米门控系统随时间变化的I-V曲线；

（b）纳米门控系统的电流比（开合比）随时间的变化；

（c）电压1 V下纳米门的典型闭合过程；

（d）DTT触发的纳米门控的动态可逆过程；

（e）电压1 V时纳米门控的可逆转化过程。

图3：分子运输示意图。

（a）分子运输示意图；

（b）分子输运的时间-浓度曲线：SRD（磺化罗丹明染料）以恒定速率通过未改性纳米多孔膜进行传输；

（c）分子输运的时间-浓度曲线：SRD以不同的速率通过纳米门进行传输；

（d）纳米门系统的可控释放过程：DTT激活可以改变纳米门的状态，使运输速率由慢变快。

图4：氧气作用下肽链CGGC构象转变。

（a-e）在不同氧浓度下的纳米门控系统随时间变化的I-V曲线；

（f） 在不同氧浓度下纳米门控系统的电流比（开合比）随时间的变化；

（g） 肽链构象氧气作用下的转换原理及对应的纳米门控系统的开合状态。

【小结】

本文基于纳米多孔膜材料的修饰成功地设计了一种可控分子传输系统。在没有DTT和氧气调解时分子能按需缓释。同时，该纳米门控系统可通过DTT或氧气的调节来控制分子传输速率。其原理是通过控制电解质溶液中肽链CGGC构象转变从而控制分子传输通道的开合。利用这一策略，可对被传输分子的传输速率及分子量进行控制。这种高效且灵活的分子运输平台在药物递送上有着极大的优势。

文献链接：Biomimetic Peptide-Gated Nanoporous Membrane for On-Demand Molecule Transport（Angew. Chem. Int. Ed. 2017, DOI: 10.1002/anie.201708695）

本文由材料人编辑部张雪豪编译， 雪琰审核。

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