Chem. Sci.：自发的炔-胺点击反应用于表面修饰及生物固定

表面修饰是一种十分有用的工具，它可以赋予材料表面各种特性，例如亲疏水性、表面电荷性、生物相容性、反应活性等，从而实现材料的表面功能化。将功能化材料表面用于小分子和生物分子的固定，则为生物传感、药物筛选、组织工程和其他化学和生物应用提供了有用的平台。通常，分子可以通过两种方法固定在表面上：非特异性吸附和化学共价相互作用。基于静电和亲疏水相互作用的非特异性吸附操作简单，但吸附不稳定。相比之下，化学共价相互作用更稳定和精确。因此，开发简单、有效的表面共价固定方法具有重要意义。

近年来，快速、高效且仅需要简单反应条件的点击反应在生物固定方面得到了广泛的应用。几种经典的点击反应，如铜催化的叠氮-炔环加成反应、Diels-Alder反应等已被应用于表面生物固定。然而，应用这些方法时，生物分子需要预先修饰特定的官能团，这不仅加大了操作的复杂性，也可能对生物分子自身的活性造成影响。由于生物分子的多样性，开发一种新型的无需预修饰的生物固定方法十分具有应用价值。

近日，华南理工大学唐本忠院士（点击查看介绍）团队秦安军教授（点击查看介绍）等成功发展了一种基于炔-胺点击反应的表面修饰策略，并将其应用于生物固定方面。他们在其前期工作基础上利用自发的炔-胺点击反应成功在载玻片表面修饰了一层酯炔官能团，得到的这种经过酯基活化的炔基表面能够与含有氨基的小分子或无需预修饰的生物分子发生点击反应，并以生成的烯胺键将分子连接在表面，实现表面的生物功能化应用（图1）。

图1. 炔-胺点击反应在表面改性及生物固定方面的应用示意图

为了探索该酯基活化的炔基表面的应用，他们首先尝试了对功能性小分子的固定。结果表明基于四苯基乙烯的具有聚集诱导发光（AIE）性质的含氨基的小分子（AIEgen）通过自发的炔-胺点击反应后，能够在表面上检测到荧光信号，说明修饰的成功。接着，他们探索了该酯基活化的炔基表面对一些功能性蛋白的固定。由于蛋白表面具有活性氨基，无需预修饰就可以与表面的活化炔基发生反应实现表面固定。实验表明用该酯基活化的炔基表面能够快速（30 min）地对蛋白实现固定，而且表面固定了人免疫球蛋白后，能够进一步捕获羊抗人免疫球蛋白，实现表面的抗原抗体免疫结合，说明固定于该酯基活化的炔基表面的蛋白仍具有很好的生物活性。进一步，他们又研究了该酯基活化的炔基表面对具有很强细胞结合能力的功能性生物多肽分子C（RGDfK）的固定。结果显示该表面能够对Hela细胞和MSC实现很好的黏附，这在生物材料领域具有良好的应用前景。特别地，由于该酯基活化的炔基表面制备的简单性，他们又将这种修饰方法与微接触印刷技术（μCP）结合起来，成功通过表面图案化固定了C（RGDfK），然后将细胞接种于其表面后，发现细胞能够选择性地黏附在修饰了C（RGDfK）的位置，这种细胞图案的实现，在组织工程领域将具有很大的应用潜力。

需要特别指出的是，与商业化的醛基表面相比，该酯基活化的炔基表面具有更高的蛋白固定效率和固定稳定性，且无背景荧光，这在生物芯片方面具有广阔的应用前景。

图2. 酯基活化的炔基表面对AIEgen、蛋白、多肽的固定及其在细胞图案化方面的应用。

这一成果近期发表在Chemical Science 上，文章的第一作者为华南理工大学张忆茹和沈建磊博士，通讯作者为华南理工大学唐本忠院士和秦安军教授。

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）：

Fast Surface Immobilization of Native Proteins through Catalyst-free Amino-yne Click Bioconjugation

Yiru Zhang, Jianlei Shen, Rong Hu, Xiujuan Shi, Xianglong Hu, Benzhao He, Anjun Qin, Ben Zhong Tang

Chem. Sci., 2020, DOI: 10.1039/D0SC00062K

导师介绍

唐本忠

https://www.x-mol.com/university/faculty/7059

秦安军

https://www.x-mol.com/groups/qinaj