病毒在傳統(tǒng)意義上是感染性病原體。同時,病毒也是蛋白質(zhì)、核酸等生物大分子的有序組裝體,處于典型的幾十到幾百納米尺寸范圍,近年來在材料學(xué)等交叉學(xué)科領(lǐng)域引起廣泛興趣。從材料學(xué)的角度,病毒衣殼具有形狀大小均一、結(jié)構(gòu)可尋址、易于修飾改造、易于生物合成、生物相容性好等諸多優(yōu)點。本文介紹了基于病毒組件的納米材料的結(jié)構(gòu)特性,基因工程、化學(xué)修飾、生物礦化和自組裝等生物合成及功能化策略,以及在生物醫(yī)學(xué)成像、生物傳感、核酸及藥物遞送、疫苗與免疫調(diào)節(jié)劑、組織工程、納米反應(yīng)器、微電子元件、納米光子學(xué)等不同領(lǐng)域的應(yīng)用。當前基于病毒組件的納米材料研究在病毒納米顆粒的理性設(shè)計、（多級）組裝的精準控制、免疫原性調(diào)控、活體高效靶向遞送、穩(wěn)定性等方面還有諸多難題亟待突破。強化學(xué)科深度交叉、攻克這些難題、推動實際應(yīng)用與轉(zhuǎn)化則代表了病毒納米材料領(lǐng)域的發(fā)展方向。 

【文章來源】：合成生物學(xué). 2020,1(03)

【文章頁數(shù)】：21 頁

【部分圖文】：

通過基因工程、化學(xué)修飾、礦化和組裝等策略對VNP進行功能化改造

許多納米材料都具有可表征的光學(xué)性質(zhì)，當它們距離足夠近時，其光學(xué)性質(zhì)的相互作用可能產(chǎn)生新的性質(zhì)。2006年，Wang等[186]用蕪菁黃花葉病毒（turnip yellow mosaic virus,TYMV)VNP建立起一種用于時間分辨免疫熒光分析的原型結(jié)構(gòu)，采用熒光共振能量轉(zhuǎn)移原理，可發(fā)展基于多價修飾VNP的傳感器。2011年，Li等以SV40VNP為骨架，構(gòu)建了一系列內(nèi)腔包裝QD、外表面展示Au NP的雜化組裝體（見2.4節(jié)），為定量研究Au NP和QD之間的光學(xué)相互作用現(xiàn)象提供了模型。實驗結(jié)果與理論預(yù)測一致表明Au NP對QD熒光具有強烈的累積猝滅效應(yīng)，而連接在VNP表面的Au NP之間僅存在微弱的表面等離子共振耦合效應(yīng)（圖6)[187]。而在另外一個實驗體系中，包裝在MS2 VNP內(nèi)腔的Au NP與修飾在VNP外表面的熒光染料之間呈現(xiàn)距離依賴性熒光增強效應(yīng)[188]。這些工作表明，得益于其精確可控的三維結(jié)構(gòu)，VNP在多功能納米材料的合成以及納米光子學(xué)基礎(chǔ)物理的探究中能夠發(fā)揮重要作用。近年來，應(yīng)用于能源技術(shù)開發(fā)的仿生光合成系統(tǒng)引起了人們的極大興趣。與天然光合成系統(tǒng)類似，VNP能夠提供亞納米精度的發(fā)色團定位。棒狀VNP具有螺旋對稱性、周期性以及剛性，可作為構(gòu)建仿生光捕獲陣列的平臺。2007年，F(xiàn)rancis等[189]構(gòu)建了以TMV納米棒為模板的光捕獲體系。衣殼蛋白和不同的發(fā)色團連接后，它們共組裝形成了納米盤或者納米棒結(jié)構(gòu)，并表現(xiàn)出光轉(zhuǎn)移活性。在廣譜性光收集三發(fā)色團系統(tǒng)中，總效率超過90%。在雙發(fā)色團系統(tǒng)的皮秒時間分辨熒光實驗中，187 ps內(nèi)Oregon Green 488對Alexa Fluor 594的能量轉(zhuǎn)移效率為36%[190]。為了構(gòu)建幾何學(xué)上接近自然光合成系統(tǒng)的光捕獲結(jié)構(gòu)，Dedeo等[191]通過突變構(gòu)建了蛋白質(zhì)N端或者C端位于納米盤或棒中央的組裝體，為在內(nèi)孔修飾發(fā)色團提供了便利。發(fā)色團的朝向會影響光捕獲過程中能量的轉(zhuǎn)移，科學(xué)家通過引入一定數(shù)量的缺失突變來評估這種效應(yīng)，結(jié)果表明TMV納米棒狀系統(tǒng)相較于盤狀系統(tǒng)具有更高的光捕獲效率，原因在于供體到供體轉(zhuǎn)移途徑的延長[192]。這項工作為優(yōu)化人工光捕獲納米結(jié)構(gòu)提供了思路。此外，Majima等[193]以TMV為模板，以鋅（Zn）配位卟啉及自由堿基卟啉為供體和受體的實驗表明能量轉(zhuǎn)移效率還和骨架中基團的距離相關(guān)。

VNP舉例

【參考文獻】：
期刊論文
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