ACS Mater. Lett. ┃荧光稳定的二维类肽纳米材料

英文原题：Highly bright and photostable two-dimensional nanomaterials assembled from sequence-defined peptoids

通讯作者：Chun-Long Chen (陈春龙), Pacific Northwest National Laboratory

作者：Yang Song, Mingming Wang, Susrut, Akkineni, Wenchao Yang, Jeevapani J. Hettige, HaibaoJin, Zhihao Liao, Peng Mu, Feng Yan, Marcel, Baer, James J. De Yoreo, Dan Du, Yuehe Lin, and Chun-Long Chen

以石墨烯为代表的二维材料，由于具有不同于其块体材料的特殊力、热、光、电、磁等物理性能，在多个学科领域掀起了研究热潮。有机二维材料（特别是那些由有序列的分子组装而成的）结构简单，物性多变，样品容易获取，也成为柔性半导体、光电、超导、自旋等的理想实现平台。然而，这类二维材料荧光特性却尚未得到深入而全面的研究。

近日，美国西北太平洋国家实验室陈春龙团队结合其前期工作基础，总结了一种将自组装二维类肽和荧光分子精准修饰结合的新思路。类肽最早由Reyna J. Simon, Paul Bartlett和Daniel V. Santi三位教授提出（Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A., 1992, 89, 9367-9371），是多肽的类似物，由于将α-碳取代变为N-取代，它的抗酶解能力和化学热稳定性都得到极大的提高。通常流行的类肽合成方法为亚单体合成法，由 Ronald N. Zuckermann发明。自组装类肽材料结合了合成聚合物（例如，高化学稳定性和高效合成）和生物分子（例如，序列可编程性和生物相容性）的优点。由于类肽的主链中缺乏手性和氢键，类肽自组装具备了高度的可设计性和可调控性。基于这些性质，该团队对类肽分子进行了荧光分子修饰，并作为单位模块进行自组装，得到有序的膜状二维纳米片，从而实现了荧光性能稳定的二维类肽纳米材料（图1）。

图1. 类肽的修饰和二维类肽纳米材料自组装以及荧光性能

图2. 二维类肽纳米材料荧光性能

为了克服聚集荧光淬灭效应（ACQ），该团队将晶体分子间相互作用引入到类肽荧光分子中。由于类肽自组装的晶体结构所带来的分子间弱π-π相互作用，荧光分子展现出一种新型的结晶诱导荧光增强（crystallization-induced intensity）现象：二维类肽有较强荧光，而在结晶态下时荧光增强（图2）。有趣的是，通过调控荧光组装比例，荧光呈现增强效果，说明荧光分子在分子间作用力下可快速规整排列成结晶态。

图3. 荧光稳定性

这类二维类肽纳米材料具有良好的荧光稳定性和抗光漂白能力。材料通过晶体结构限制荧光分子旋转和分子间间距控制，降低了活性氧分子的扩散，从而有效抑制光漂白现象（图3）。对固定细胞内吞囊泡进行了长达10分钟的持续荧光成像，结果表明这类二维类肽纳米材料在10分钟内无明显荧光衰减，而对照染料则在短时间内完全漂白；相比于目前常用的和已报道的几种新型染料和荧光颗粒，这类二维类肽纳米材料也显示了其更好的抗漂白性能（图4）。

图4. 荧光稳定的二维类肽纳米材料用于细胞成像

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Highly Bright and Photostable Two-Dimensional Nanomaterials Assembled from Sequence-Defined Peptoids

Yang Song, Mingming Wang, Susrut Akkineni, Wenchao Yang, Jeevapani J. Hettige, Haibao Jin, Zhihao Liao, Peng Mu, Feng Yan, Marcel Baer, James J. De Yoreo, Dan Du, Yuehe Lin*, Chun-Long Chen*

ACS Materials Lett., 2021, 3, 420–427, DOI: 10.1021/acsmaterialslett.1c00110

Publication Date: March 22, 2021

Copyright © 2021 American Chemical Society

（本稿件来自ACS Publications）