蛋白質(zhì)作為自然界中具有特定功能的復雜生物大分子，其生物功能的實現(xiàn)往往依賴于精確的折疊過程。受此啟發(fā)，聚合物單鏈納米粒子（SCNP）因其尺寸小、微結構可調(diào)及功能集成等優(yōu)勢，成為模擬蛋白質(zhì)折疊的理想模型。然而，與具有確定多肽序列和長度的蛋白質(zhì)不同，合成聚合物的固有無序性限制了其對復雜納米結構的精確控制。 近日，西北工業(yè)大學田威教授團隊提出了一種異質(zhì)光化學策略。該策略利用光誘導化學反應在空間上的依賴性，成功實現(xiàn)了聚合物鏈內(nèi)的異質(zhì)聚集和多功能集成。這一方法不僅實現(xiàn)了單鏈聚合物的折疊，還同步完成了其熒光功能化，為聚合物納米粒子的精確控制和功能化提供了新的思路。
本研究合成了一類新型含氰基苯乙烯（CS）基元的兩親性無規(guī)共聚物。當該共聚物在水溶液中進行預折疊時，聚合物鏈中隨機分布的CS基元表現(xiàn)出獨特的異質(zhì)聚集行為，具體表現(xiàn)為兩種不同的聚集狀態(tài)：緊密聚集態(tài)和單分子分散態(tài)。值得注意的是，處于緊密聚集態(tài)的CS基元能夠發(fā)生光二聚化反應，從而實現(xiàn)分子內(nèi)交聯(lián)；而單分子分散態(tài)的CS基元則可通過光環(huán)化反應生成具有強綠色熒光的熒光團。這種獨特的雙態(tài)特性使CS基元兼具鏈內(nèi)交聯(lián)劑和熒光功能基團的雙重功能，通過雙重光化學路徑的協(xié)同作用，成功實現(xiàn)了SCNP的鏈內(nèi)折疊和熒光功能化。 通過調(diào)節(jié)共聚物組成或改變良溶劑比例以控制CS基元的聚集程度，可實現(xiàn)兩種光化學反應比例的精準調(diào)控，從而系統(tǒng)性地調(diào)控SCNPs的折疊動力學過程。 此外，通過將尼羅紅染料封裝并結合鏈內(nèi)能量轉(zhuǎn)移機制，成功實現(xiàn)了對所得SCNP熒光特性的精細調(diào)控。這一策略不僅顯著擴展了熒光發(fā)射的可調(diào)性范圍，使其能夠產(chǎn)生從綠色到紅色的寬譜發(fā)射，還包括了白光發(fā)射，從而大大增強了該材料在生物成像等領域的應用潛力。 本研究成功構建了一個多功能平臺，實現(xiàn)了SCNPs的同步折疊與功能化。該平臺有效解決了多個化學過程在單鏈體系內(nèi)集成的研究挑戰(zhàn)，為復雜納米結構的精準設計、可控功能化及精確調(diào)控提供了新的解決方案。
論文信息 Concurrent Folding and Fluorescent Functionalization of Single-Chain Nanoparticles via Heterogeneous Photochemistry Tianshu Ma, Bin Mu, Wei Tian Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202500354
