赵东元院士/李晓民教授团队在新型多孔材料设计合成及应用方面取得进展

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近日，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。本文第一作者为先进材料实验室博士后赵天聪，赵东元院士/李晓民教授为共同通讯作者。
        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。而目前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。因此，人们迫切需要合成具有可调节的大尺寸介孔非对称纳米颗粒，但截至目前，这仍然是一个巨大的挑战。

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。

       针对上述挑战，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双介孔非对称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约150 nm的MSN纳米球和一个直径约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单元中的介孔大小可从~ 3到~ 25 nm调节，mPDA单元也拥有可改调的介孔，范围在~ 5到~ 50 nm之间调节。通过在不同介孔单元进行选择性的修饰和负载，实现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。
       该论文首次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，并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。
       全文链接：https://www.nature.com/articles/s41557-023-01183-4
       文章来源：复旦大学
         赵东元,复旦大学教授，1963 年出生于沈阳市。1980年考入吉林大学化学系，1984年获得理学学士学位，1987年获吉林大学化学系理学硕士学位。1990年获吉林大学和大连化学物理研究所物理化学专业理学博士学位。1993 ~ 1994年在以色列魏兹曼科学院化学物理系做博士后。1995 ~ 1996年在美国休斯顿大学化学系做博士后。1996 ~ 1998年在美国加州大学圣芭芭拉分校材料系和化学系做博士后。1998年12月复旦大学教授；2000年入选教育部长江“特聘教授”，2007年被增选为中科院院士。2010年被增选为第三世界科学院（TWAS）院士。
         李晓民，复旦大学青年研究员。2008年、2011年从河南大学分别获得学士和硕士学位，2014年获得复旦大学博士学位。无机半导体量子点、上转换荧光纳米晶以及无机纳米材料功能化的介孔材料合成及应用研究。在化学、材料类权威期刊上共发表SCI论文70余篇。