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你怎么还不结婚?纳米颗粒都结婚生子了……

地点在实验室某个角落

时间在午夜时刻

勤劳的人常在这里出没

交换各种结果

纳米颗粒静静游在烧瓶里

它们似乎只能沉默

我猜它们的爱情从未开启

不言不语 比殉情更折磨

……


然而然而,它们却交谈甚欢!甚至还“结了婚”!甚至……甚至……甚至生了一堆“宝宝”!(单身汪表示受到了9999点的暴击伤害……)


到底发生了什么?


故事还要从最近这篇发表在Nature Communications 上的文章讲起。文章作者通讯作者系西班牙瓦伦西亚理工大学Ramón Martínez-Máñez教授和马德里康普顿斯大学化学系Reynaldo Villalonga教授,文章的主角是两种由一个介孔硅纳米颗粒(MS)和一个金纳米颗粒(GNP)组成的“双面神纳米颗粒(Janus Nanoparticle,JNP)”:S1gal和S2gox。S1gal和S2gox的主体均由一个MS和一个GNP组成,其中S1gal 的GNP上接枝有β-半乳糖苷酶(β-Gal),MS的孔中包含[Ru(bpy)3]2+,并在表面通过二硫键键合β-环糊精(β-CD)对孔进行密封,将[Ru(bpy)3]2+封在孔中;S2gox的GNP上则接枝了葡萄糖氧化酶(GOx),MS中包封N-乙酰-L-半胱氨酸,表面键合有苯并咪唑(pKa = 5.5),通过苯并咪唑与β-CD之间的超分子相互作用对孔进行密封,在低pH条件下苯并咪唑的质子化可以破坏这种相互作用,使β-CD脱落而解封。


也就是这两个S1gal和S2gox“结了婚”,生了一堆“宝宝”——[Ru(bpy)3]2+

图1. MS(a)和JNP(b)的TEM表征。图片来源:Nat. Commun.


那么,它们是如何“结婚生子”的呢?


事实上,它们能结婚生子还得感谢“大媒婆”——乳糖。乳糖为了成全这两个JNP的好事儿,还不惜牺牲自己,实在是不可替代、功不可没啊!


当乳糖出现在含有S1gal和S2gox的pH=7.5的溶液中时,S1gal上的β-Gal会水解乳糖生成半乳糖和葡萄糖;随后葡萄糖会被GOx氧化生成乳糖酸(pKa = 3.6),乳糖酸会降低溶液局部的pH值;当pH值降低至低于5.5时,苯并咪唑质子化,进而破坏苯并咪唑与β-CD之间的相互作用;随后β-CD脱离S2goxN-乙酰-L-半胱氨酸得以释放;N-乙酰-L-半胱氨酸破坏S1gal上的二硫键,HS-β-CD脱离S1gal;S1gal上的MS孔被解封,[Ru(bpy)3]2+安全“出生”!

图2. S1gal和S2gox“结婚生子”的过程示意图。图片来源:Nat. Commun.


从下图可以发现乳糖这个“大媒婆”在的时候,S1gal和S2gox“生宝宝”的速度快得不行,而当它不在的时候,S1gal和S2gox就交流无望了,更不用说“结婚生子”了。

图3. 含有S1gal和S2gox、pH=7.5的溶液中存在(红色线条)和不存在(黑色线条)乳糖时[Ru(bpy)3]2+的释放速度。图片来源:Nat. Commun.


不仅如此,乳糖这个“大媒婆”还是不可取代的。当换成麦芽糖或乳果糖时,嘿嘿,S1gal 和S2gox怎么都没办法交流,更没办法“生猴子”。


围观的诸位找媒婆说亲的时候可得找对人,不然亲事可能就黄了……

图4. 乳糖的特异性。图片来源:Nat. Commun.


当然咯,要想找到合适的另一半,光有一个能说会道的媒婆还是不够的,最最重要的,是你们要有缘分。


当不含β-Gal的S1和S2gox、S1gal和不含GOx的S2、S1gal和不含N-乙酰-L-半胱氨酸的S2blank、不含β-Gal的S1和不含GOx的S2在一起时,就算是乳糖上门介绍也是没有用滴!而人家S1gal和S2gox就不同了:郎才女貌不说,二者皆有“内涵”,乳糖这一出现,二者不拍即合,立马你侬我侬,啪啪啪生猴子去了……

图5. S1和S2gox(蓝)、S1gal和S2(绿)、S1gal和S2blank(灰)、S1和S2(紫)及S1gal和S2gox(红)在乳糖存在的条件下释放[Ru(bpy)3]2+的情况。图片来源:Nat. Commun.


所以,诸位黄金单身汪可要记住了:缘分是最根本滴,莫要强求;同时,真正靠谱的媒人也是不能少滴。(多说一句,当下找对象不少人用婚恋网站,但要留个心眼,骗子实在太多了。聊一两天就要你发红包、借钱,十有八九不是正经人,别以为你学历高形象好他们就不敢骗你)


最后,言归正传,这篇文章到底有什么应用前景?


本文实际上是设计了一种基于JNP的可相互交流信息的纳米器件。作为概念验证性研究,这项研究展示了首个可以在外界刺激源作用下相互交换信息触发信号传递的人工纳米体系。它涉及一个刺激源和两个酶解反应,同时巧妙地利用了苯并咪唑与β-CD之间相互作用的pH敏感性。作为一个范例,它将推进单分子识别及其解码等相关领域的发展,也将促进更复杂先进的纳米器件之间信息传递研究的发展。


原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文):

Interactive models of communication at the nanoscale using nanoparticles that talk to one another

Nat. Commun., 2017, 8, 15511, DOI: 10.1038/ncomms15511


(本文由瀚海供稿)


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