小材料有大用途：有机多肽与无机纳米金的结合

金纳米颗粒（AuNPs）由于其出色的光学性能和稳定性已在生物传感相关领域中被广泛地使用了数十年（例如家庭用妊娠检测卡）。自从核酸功能化的金纳米颗粒首次被报道用于生物检测以来，其他生物分子修饰的金纳米颗粒成功实现了针对金属离子、有机分子、寡核苷酸和蛋白质等目标物的一系列检测与分析方法。多肽分子（peptide）是由氨基酸结合而成的，是构成蛋白质的片段。在固相多肽合成技术得到普及之后，有关人工合成多肽分子的研究与应用有了飞速的发展。由于其氨基酸序列的可设计性，使得合成多肽具有巨大的化学多样性，结合其在生物体内的重要功能，近些年来合成多肽作为一种可编辑的材料被广泛地应用到生物技术、医药研发、纳米材料等交叉领域。比如多肽分子可以作为一种生物分子识别的受体，对特定目标分子进行特异性的结合，并且达到跟抗体相似的结合能力。由于多肽分子具有更好的热稳定性，非常有潜力成为抗体蛋白的替代品。金纳米颗粒与多肽分子作为重要的基础纳米材料与生物材料，皆具有较高的鲁棒性与较低的成本。基于两者构成的混合纳米材料的生物检测技术也因此引起了越来越多的兴趣，特别是在分子靶向、细胞成像、药物递送和治疗等领域（图1）。

图1，基于多肽-金纳米颗粒混合材料在过去25年发展中的突出工作以及近年来的新型应用。

近期，温州医科大学、国科大温州研究院王毅团队与新加坡南洋理工大学和奥地利国家技术研究院合作，总结了多肽与金纳米颗粒各自的特点，通过对多肽分子的合理设计与筛选，可以使其与金纳米颗粒构成可调控的稳定系统，从而满足不同的应用需求。并从多肽功能性的角度出发（多肽作为底物、结合分子等）详细梳理了多肽-金混合纳米材料在生物传感、细胞成像等领域的突出工作：例如利用多肽分子作为底物，对各类别酶蛋白（包括水解酶、激酶等）进行比色法的检测；利用多肽分子作为结合分子，对不同目标物进行检测与标记等。文章还对利用多肽-金的混合纳米材料在抗菌抗污领域的工作做了汇总。同时对此类材料在未来发展中所面临的挑战与新机遇做出了展望（图2）。

图2，本篇综述的核心内容框架。

近年来，王毅团队与其合作者利用多肽-金纳米颗粒混合材料在生物传感领域进行了系列的研究，包括：通过自行设计的多肽底物结合金纳米颗粒进行神经毒素的比色法和荧光淬灭法检测（Anal. Chem., 2014, 86, 2345-2352；Chem. Sci., 2014, 5, 2651-2656.），总结了由不同形状、大小等金纳米颗粒进行肉眼可识别比色法的规律（Anal. Chem., 2018, 90: 4916–4924.），利用筛选出的多肽结合分子修饰的金纳米颗粒进行心肌肌钙蛋白的比色法和电化学检测，并细致分析了纳米颗粒的大小和浓度，以及外加电压对检测限的影响（Anal. Chem., 2016, 88, 11924-11930; ACS Sensors, 2016, 1, 1416-1422；Nanoscale, 2015, 7, 17244-17248.），同时利用了智能手机作为光谱检测平台进行便携检测（Biosens. Bioelectron., 2018, 99, 312-317；Analyst, 2016, 11, 3233-3238.）。

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）：

Rational Design of Functional Peptide‐Gold Hybrid Nanomaterials for Molecular Interactions

Xiaohu Liu, Qingwen Zhang, Wolfgang Knoll, Bo Liedberg, Yi Wang

Adv. Mater., 2020, DOI: 10.1002/adma.202000866

王毅博士简介

温州医科大学眼视光学院、生物医学工程学院教授，中国科学院大学温州研究院研究员，浙江省海外高层次人才计划特聘专家。2010年获德国美因茨大学、德国马普高分子所博士学位。之后在奥地利国家技术研究院、新加坡南洋理工大学从事科研工作。近年来，在SPR和拉曼传感器的开发、生物和纳米复合材料等生物化学传感器方面的开发和应用上开展研究工作。现主持国家重点研发计划项目（课题）、国家自然科学基金、浙江省杰出青年科学基金等项目。截止目前在Advanced Materials, Chemical Science, Analytical Chemistry, Biosensors and Bioelectronics 等期刊发表SCI论文50余篇，H指数26，英文著作3部，申请发明专利15项。