表面動(dòng)力學(xué)控制制備介孔多足體用于高效細(xì)菌黏附與抑制
人類一直以來(lái)都在向自然界學(xué)習(xí)，尤其是在材料制備方面。在自然界，小到病毒、大到蒺藜、蒼耳，都在不同尺度上向人類展示：多足結(jié)構(gòu)能夠通過(guò)多位點(diǎn)接觸，來(lái)有效提高主客體之間的界面作用。在納米材料領(lǐng)域，納米顆粒與生物質(zhì)之間的作用力對(duì)于諸如胞內(nèi)藥物遞送、抑菌等應(yīng)用起著重要作用。而這一作用力又與納米材料的表面結(jié)構(gòu)息息相關(guān)。有感于蒺藜種子及病毒的多足結(jié)構(gòu)，如果可以合成具有多足結(jié)構(gòu)的納米顆粒，利用多位點(diǎn)接觸效應(yīng)強(qiáng)化納米-生物界面交互作用，納米顆粒對(duì)生物質(zhì)體的黏附及穿透能力將會(huì)得到提高，應(yīng)用效果也會(huì)得到提升。然而，受合成技術(shù)的限制，目前對(duì)于多足納米結(jié)構(gòu)的報(bào)道還較為欠缺。少數(shù)工作也是基于納米晶、聚合物等材料，得到的納米顆粒缺少足夠的藥物負(fù)載能力，很難適用于藥物遞送、殺菌等方面的應(yīng)用。
復(fù)旦大學(xué)化學(xué)系李曉民青年研究員和趙東元院士團(tuán)隊(duì)已經(jīng)在之前的工作中探究了單位點(diǎn)介孔材料各向異性成核和生長(zhǎng)，并以此為基礎(chǔ)制備了一系列全新的各向異性納米顆粒（J. Am. Chem. Soc., 2018, 140, 10009; Adv. Mater., 2017, 29, 1701652; J. Am. Chem. Soc., 2015, 137, 5903; J. Am. Chem. Soc., 2014, 136, 15086）。然而在這些工作中，單位點(diǎn)成核只能生長(zhǎng)出一個(gè)介孔“足”。若想要制備出介孔多足納米顆粒以用于提高納米-生物交互作用力，在納米顆粒表面的成核位點(diǎn)數(shù)目必須被精確控制。
近日，研究團(tuán)隊(duì)在此前工作的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步發(fā)展了表面動(dòng)力學(xué)控制的多位點(diǎn)成核策略，制備了具有可控表面結(jié)構(gòu)的介孔多足納米復(fù)合材料。通過(guò)調(diào)節(jié)Fe3O4@SiO2@RF（RF = resorcinol-formaldehyde resin）納米顆粒表面化學(xué)性質(zhì)，實(shí)現(xiàn)PMO（periodic mesoporous organosilica）在其表面成核過(guò)程中的動(dòng)力學(xué)控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)其成核位點(diǎn)數(shù)量的控制，最終制備了一系列具有可控表面結(jié)構(gòu)的介孔多足復(fù)合材料：?jiǎn)巫鉐anus、雙足、三足、四足、多足等。
就如同蒺藜、蒼耳通過(guò)多足結(jié)構(gòu)附著在動(dòng)物身上一樣，這種多足結(jié)構(gòu)也賦予了介孔納米復(fù)合材料優(yōu)秀的細(xì)菌粘附能力。借助蒺藜狀四足結(jié)構(gòu)所提供的強(qiáng)納米-生物交互作用及介孔孔道賦予的載藥能力，該蒺藜狀四足介孔納米復(fù)合材料展現(xiàn)出高效的細(xì)菌黏附能力、近100%的細(xì)菌分離效率及超過(guò)90%的長(zhǎng)效細(xì)菌殺滅能力。綜上，期待這一工作能夠?yàn)榻窈笤O(shè)計(jì)復(fù)雜的納米顆粒表面構(gòu)造和增強(qiáng)型納米-生物交互作用提供更多思路。相關(guān)論文近期發(fā)表于Nat. Commun., 2019, 10, 4387。
該論文的第一作者為博士研究生趙天聰，李曉民青年研究員和趙東元教授為該論文的共同通訊作者。該工作得到了復(fù)旦大學(xué)化學(xué)系、先進(jìn)材料實(shí)驗(yàn)室、上海市科委、國(guó)家自然科學(xué)基金等的大力支持。
全文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-019-12378-0
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