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引言

自2004年以來，二維（2D）無機(jī)材料得到了廣泛的研究，并被用于各種應(yīng)用。受到對類石墨烯材料的廣泛研究的啟發(fā)，近年來還報(bào)道了一些其他無機(jī)2D材料，如石墨烯，硼烯，過渡金屬二鹵化物（TMD），過渡金屬碳化物（TMC）等。由于2D材料具有獨(dú)特的化學(xué)、物理和生物特性，因此在材料科學(xué)、納米器件、能源與環(huán)境科學(xué)、生物醫(yī)學(xué)和分析科學(xué)中具有很高的應(yīng)用潛力。除了2D無機(jī)材料外，基于各種生物分子（包括DNA、RNA、蛋白質(zhì)、多肽、類肽和其他生物聚合物）的自組裝2D有機(jī)生物材料（2DOBM）也展現(xiàn)出了獨(dú)特的結(jié)構(gòu)、功能和很高應(yīng)用潛力。利用非共價(jià)相互作用，例如氫鍵、靜電相互作用、疏水相互作用、p-p相互作用和范德華相互作用，通過自組裝過程制造2DOBM既簡便又高效。例如，可以通過調(diào)整實(shí)驗(yàn)條件并使用各種模板、界面和底物來誘導(dǎo)2DOBM的自組裝過程。對2DOBM中這些相互作用的深入了解，不僅有助于2DOBM的結(jié)構(gòu)和功能的設(shè)計(jì)和調(diào)控，而且還為下一代新型功能材料的設(shè)計(jì)開發(fā)開辟了新的途徑。一方面，我們可以將2DOBM的結(jié)構(gòu)從納米片調(diào)整為納米帶、網(wǎng)格、薄膜、納米層、陣列、甚至是2D多孔材料。另一方面，通過用納米粒子（NP）、碳材料、生物分子和無機(jī)納米材料對2DOBM進(jìn)行進(jìn)一步功能化，可以有效的調(diào)節(jié)2DOBM的功能及應(yīng)用。

成果簡介

北京化工大學(xué)蘇志強(qiáng)教授、中科院寧波材料所吳愛國教授和德國不來梅大學(xué)/青島大學(xué)魏剛教授在這篇綜述中，重點(diǎn)介紹了創(chuàng)建2DOBM的自組裝原理和策略，以及2DOBM的結(jié)構(gòu)剪裁、功能調(diào)整和生物相關(guān)應(yīng)用。在第2節(jié)中，作者介紹和討論了在溶液中，通過模板在界面和材料基底上創(chuàng)建2DOBM的基本自組裝原理和策略。在第3節(jié)中，作者總結(jié)了有關(guān)基于DNA、RNA、多肽、蛋白質(zhì)、病毒和其他生物聚合物制造2DOBM的基本原理的基本信息。在第4和第5節(jié)中，作者分別討論了定制和控制2DOBM的結(jié)構(gòu)和功能的策略和方法。此外，還展示了用于結(jié)構(gòu)和功能特定的生物相關(guān)應(yīng)用的2DOBM的最新進(jìn)展（第6節(jié)）。最后，作者指出2DOBM不僅在生物相關(guān)領(lǐng)域而且在其他材料科學(xué)和納米技術(shù)領(lǐng)域也具有重要意義；同時(shí)強(qiáng)調(diào)了2DOBM的制造、功能化和應(yīng)用方面的當(dāng)前挑戰(zhàn)和未來前景。作者相信這項(xiàng)工作將激發(fā)有關(guān)新型功能性生物材料的合成和應(yīng)用的新研究，并將引起材料科學(xué)、工程、分析、生物物理學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、組織工程、能源以及環(huán)境科學(xué)等領(lǐng)域研究者的廣泛興趣。該成果以題為“The design and biomedical applications of self-assembled two-dimensional organic biomaterials”發(fā)表在國際著名期刊Chem. Soc. Rev.上。

圖文導(dǎo)讀

Scheme 1. 2DOBM的結(jié)構(gòu)和功能修飾以及生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用示意圖

Figure 1. 在溶液中形成2DOBM

(a)KLVFFAK的化學(xué)形成；

(b)KLVFFAK納米片和淀粉樣原纖維的TEM圖像；

(c,d)KLVFFAK納米片的結(jié)構(gòu)模型。

Figure 2.通過基于模板的合成形成2DOBM

(a)生產(chǎn)ATCS膜的制造步驟以及ATCS膜上的細(xì)胞反應(yīng)；

(b)立式納米顆粒超晶格片的示意圖。

Figure 3.在空氣-水界面處形成多肽2DOBM

Figure 4.空氣-水界面處形成多肽2DOBM

（a）使用YYACAYY解決方案的刻面形成機(jī)理示意圖；

（b）在培養(yǎng)皿中整個(gè)空氣/水界面上形成的厚的肽膜；

（c）大型2D膠片的TEM圖像；

（d）懸浮介導(dǎo)的自組裝；

（e）重力作用下水坑狀液滴上的PA分布示意圖；

（f）納米組件的SEM圖像。

Figure 5.在底物上形成多肽2DOBM

（a）發(fā)生堆積時(shí)FF二肽自組裝的可能機(jī)制；

（b）EF（電場）正增長的示意圖。

Figure 6.在各種材料上制備溶菌酶2D納米膜和穩(wěn)定涂層

（a,b）在浸沒材料表面（固/液界面）和水溶液表面（汽/液界面）形成溶菌酶納米膜的示意圖；

（c）以瓊脂糖水凝膠為印章的接觸印刷技術(shù)，將合成后的自由漂浮納米膜沉積在水敏性基材上。

Figure 7.DNA 2DOBMs和SDNA薄膜錳離子修飾及制備

Figure 8. DNA自組裝形成2DOBM

（a）二維納米網(wǎng)格；

（b）2D陣列；

（c）2D DNA管和晶格。

Figure 9.蛋白質(zhì)基2DOBM：溶菌酶和聚合物改性的鈦基生物材料的制備和生物學(xué)評價(jià)

Figure 10.自組裝蛋白質(zhì)2DOBM

（a）在快速和緩慢成核條件下鋅介導(dǎo)的RIDC3自組裝模型；

（b）通過金屬介導(dǎo)的相互作用設(shè)計(jì)2D蛋白質(zhì)陣列。

Figure 11.二維蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)的形成：八聚體LDH和二聚體FDH在體外和體內(nèi)自組裝的策略

Figure 12.肽/類肽2DOBM的制備

（a）通過肽EF4E，EF4K，EF4E / KF4K混合物和KF4K形成扭曲的帶，帶和原纖維的機(jī)制；

（b）糖基化類肽納米片的合成方案（左）和均相FRET分析法，用于驗(yàn)證蛋白質(zhì)與糖基化類肽納米片的結(jié)合（右）。

Figure 13.DNA-聚合物2DOBM的形成

（a）分層自組裝過程的圖示；

（b）化學(xué)修飾的寡核苷酸1的核苷酸序列和結(jié)構(gòu)以及2D聚合物形成的過程。

Figure 14.2DOBM的設(shè)計(jì)、表征與應(yīng)用

（a）通過分子設(shè)計(jì)和自組裝設(shè)計(jì)2DOBM；

（b）F6C11自組裝成Janus納米片的示意圖；

（c）鏈霉親和素在納米片上的吸附；

（d）展示生物素的納米片的TEM圖像。

Figure 15.由原纖維制備2DOBM

（a）BSA原纖化的示意性過程；

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