| |
 |
图（a）乳液定向诱导构建双球状双介孔非对称纳米粒子流程图；（b,c）生物质逻辑门示意图；（d-g）双球状双介孔非对称纳米粒子透射电镜、扫描电镜、元素分布图；（h-j）双球状双介孔非对称纳米粒子孔径分布及对应孔径高倍透射电镜图
在国家自然科学基金项目（批准号：22088101、22075049、21875043）等资助下，复旦大学赵东元院士/李晓民教授团队在新型多孔材料构建仿生逻辑门方面取得进展，相关研究成果以“乳液定向诱导双球状非对称介孔纳米粒子用于生物质逻辑门（Emulsion-Oriented Assembly for Janus Double-Spherical Mesoporous Nanoparticles as Biological Logic Gates）”为题，于2023年4月13日发表在《自然·化学》（Nature Chemistry）杂志上。论文链接：https://www.nature.com/articles/s41557-023-01183-4。
自然界的信息传递方式多种多样，其中细胞内，细胞器之间的生物质信息传递系统，因为其高度专一性和选择性，被研究者广为关注。介孔材料因为其具有可控负载与释放客体物质的能力，被认为在模拟自然界的信息传递、构建生物质逻辑体系方面具有极高的前景。然而，想要模拟细胞的高度复杂的内部逻辑体系，其首要条件是构造类似于细胞器的多个独立的信号存储、转换单元。传统的各向同性介孔纳米材料只能让各种物质混杂负载，无法实现有序信息传递。同时文献所报道的非对称介孔纳米材料，也主要是无孔或只拥有小的介孔 (< 3 nm)，无法实现对大尺寸功能性生物分子的负载。但合成具有可调节的大尺寸介孔非对称纳米颗粒，仍然是一个巨大的挑战。
针对此问题，该团队提出了乳液诱导各向异性组装策略，合成了具有可调节大介孔的非对称MSN&mPDA纳米粒子（MSN：介孔二氧化硅纳米粒子，mPDA：介孔聚多巴胺）。所得到的双介孔非对称MSN&mPDA纳米粒子具有花生状不对称形态，每个纳米粒子由一个直径约150 nm的MSN纳米球和一个约120 nm的mPDA半球形组成。区别于以前报道的介孔Janus纳米粒子的小尺寸介孔 (< 3 nm)，该工作合成非对称纳米粒子在MSN和mPDA两个单元同时拥有大且可调的介孔。MSN单元中的介孔孔径实现 3~ 25 nm之间可调，mPDA单元介孔孔径在 5~ 50 nm之间可调。通过在不同介孔单元进行选择性的修饰和负载，实现了不同类型的颗粒内串联生化反应，由此构建了单颗粒级别仿生生物质逻辑体系。
该工作提出以微乳液为结构导向剂制备非对称介孔材料的思路，在单个颗粒水平上对各个单元介孔孔径进行连续可调，基于此实现了单颗粒内部串联信号传递。该材料有望作为新型智能纳米材料，应用于药物递送、信息传感、分析检测等多个重要领域。