摘 要 由于具有與大塊固體相迥異的性能 ,貴金屬納米粒子的制備與應(yīng)用已經(jīng)成為當(dāng)前納米、材料技術(shù)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。由于組成成分較多、包含各種活性基團(tuán)、序列可調(diào) , 并且很多多肽可生物降解、生物兼容、具有生物活性和特異性識(shí)別性能 , 多肽在貴金屬納米粒子制備中的應(yīng)用也越來(lái)越受到人們的重視。本文從多肽作為還原劑還原貴金屬鹽；多肽作為保護(hù)劑/調(diào)控劑制備不同尺寸/ 形貌的貴金屬納米粒子；多肽作為引導(dǎo)劑規(guī)則排列貴金屬納米粒子；多肽作為貴金屬納米粒子組裝的模板以及多肽在貴金屬表面的吸附、 多肽的自組裝和如何獲取所需要的多肽序列等幾個(gè)方面綜述了近年來(lái)多肽在貴金屬納米粒子制備中的應(yīng)用。最后簡(jiǎn)述了利用多肽制備的貴金屬納米粒子在納米、材料技術(shù)領(lǐng)域中的應(yīng)用 ,并提出了當(dāng)前該領(lǐng)域中存 在的一些不足及研究展望。
金、銀、鉑、鈀等貴金屬納米粒子（ noble metal nanoparticles, NMNPs）由于具有量子限制效應(yīng)、表面效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)等特性 ,在光、熱、電、 磁、力以及化學(xué)方面顯示出與大塊金屬固體顯著不同的特性 [1] ,如局部表面等離子共振（LSPR）、表面強(qiáng)化拉曼散射（ SERS）和熒光等 ,使其不僅在傳統(tǒng)的催化、電子、光學(xué)和信息儲(chǔ)存領(lǐng)域大有作為 ,還可以用于許多新型的材料領(lǐng)域 ,如傳感、圖像、光子學(xué)和生物醫(yī)學(xué)等 。因此近年來(lái)對(duì) NMNPs 制備及應(yīng)用的研究日益增多 [2—6] 。
NMNPs 的性能受尺寸、形貌和組成的影響很大 [3, 4, 7] , 因此從這三個(gè)方面考察對(duì) NMNPs 制備及應(yīng)用的研究已成為當(dāng)前納米、材料技術(shù)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn) 。通過(guò)加入能吸附于 NMNPs 表面從而抑制其生長(zhǎng)的物質(zhì)（ 保護(hù)劑）,可以獲得尺寸均一、可調(diào)的NMNPs [8, 9] ,甚至還能修飾 NMNPs 的表面性能 [10] 。
目前 , 已經(jīng)實(shí)現(xiàn)對(duì) NMNPs 由剛成核不久的幾個(gè)納米到上百納米尺寸范圍內(nèi)的粒徑大小控制 [8, 11] 。通過(guò)加入能控制 NMNPs 不同晶面相對(duì)生長(zhǎng)速度的物質(zhì)（調(diào)控劑）, 可以調(diào)控 NMNPs 的晶體形貌 。從 1996 年 El-Sayed 提出利用聚丙烯酸鈉調(diào)控Pt NPs 形貌以來(lái) ,從簡(jiǎn)單的立方體等單晶到二十面體等復(fù)雜孿晶 , 有不下十幾種形 貌的 NMNPs 見諸報(bào)道[2—5, 12—26] 。而對(duì)NMNPs 組成的調(diào)控通常借助于合金來(lái)實(shí)現(xiàn) 。此外,NMNPs 的組裝也已經(jīng)引起人們 的重視 [3, 4, 11, 14, 16, 24, 27—32] ,此過(guò)程需要能夠?qū)ζ溥M(jìn)行精確調(diào)控。
常見的 NMNPs 制備方法有物理法（ top-down） 和化學(xué)法（ bottom-up）兩種[30] ,前者如蒸發(fā)、電弧放電和激光切除等；后者則是采用化學(xué)反應(yīng)的方法 ,利用原子、離子等從頭排列進(jìn)行制備 �；瘜W(xué)法通常包 括 :溶液中還原劑還原金屬鹽、電化學(xué)還原、光化學(xué)還原、聲化學(xué)還原和（ 水）熱分解等 。相比于物理法和其他化學(xué)法 , 由于所需條件相對(duì)溫和 ,無(wú)需特制的 實(shí)驗(yàn)設(shè)備 ,易于操作和便于工業(yè)化生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn) ,溶液 中還原劑還原金屬鹽已經(jīng)成為最被看好的 NMNPs 制備方法 [3] 。常規(guī)的制備 NMNPs 用到的還原劑、保護(hù)劑和調(diào)控劑等化學(xué)試劑如 NaBH4 、維生素 C、檸檬 酸、表面活性劑（ 如 CTAB、SDS）、各種無(wú)機(jī)離子（ 如 重金屬離子、鹵素離子）和大分子聚合物（ 如聚乙烯 吡咯烷酮）等或具有毒性、環(huán)境友好性較差 ,或因活性過(guò)強(qiáng)/過(guò)弱導(dǎo)致反應(yīng)不便于調(diào)控 ,所以一定程度上 限制了對(duì) NMNPs 的研究和應(yīng)用 。相比之下 , 由于組成成分較多（ 常見的氨基酸就有 20 種）、包含各種活性基團(tuán)、序列可調(diào)、生物兼容 ,而且很多多肽可生 物降解 ,具有生物活性和特異性識(shí)別性能 ,利用多肽 制備 NMNPs 就具有非常顯著的優(yōu)勢(shì)[33] 。因此 ,本文只討論溶液中還原劑還原金屬鹽方法制備NMNPs 中多肽所起的作用。
2 多肽在 NMNPs 制備中的應(yīng)用
由于在 NMNPs 制備過(guò)程中 ,多肽還可以起保護(hù)劑、調(diào)控劑、引導(dǎo)劑或模板等作用 ,所以利用多肽單獨(dú)做還原劑的情況很少 ,通常情況下是協(xié)同其他作用一步反應(yīng)制備 NMNPs。
要了解多肽在制備 NMNPs 中起保護(hù)劑/調(diào)控劑 的作用 ,首先要了解多肽與 NMNPs 之間的吸附、結(jié)合作用。
在對(duì)多肽在貴金屬表面吸附機(jī)理考察的過(guò)程 中 , 由于相互作用的位點(diǎn)（ 如氨基酸側(cè)鏈的羥基、氨基等與晶面之間的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)作用）非常小 ,用實(shí)驗(yàn)手 段很難檢測(cè) , 因此常借助于模擬的 方法進(jìn)行考 察[38, 39] 。sarikaya 課題組長(zhǎng)期致力于研究多肽與 NMNps 之間的相互作用和應(yīng)用 ,并提出了一個(gè)新的 研 究 方 向：分 子 生 物 模 擬（ molecular biomime- tics）[38, 40—46] 。借助于分子動(dòng)力學(xué)模 擬（ molecular dynamics stimulation）,sarikaya 等詳細(xì)研究了大量七 肽序列與 pt（111）、pt（100）面之間的吸附結(jié)合作 用 ,發(fā)現(xiàn)：（1）多肽能在 pt 晶面上吸附是由于多肽特 定的空間構(gòu)象（ polypod）能與 pt 晶面結(jié)構(gòu)之間形成 空間匹配 ,而多肽選擇性吸附結(jié)合于某一晶面是由 于其特定的空間構(gòu)象能恰好與該晶面空間結(jié)構(gòu)相匹 配的空間特異性；（2）多肽在 pt 晶面吸附能力的強(qiáng) 弱取決于多肽與晶面作用的活性基團(tuán)數(shù)量的多少 , 如羥基、氨基和羧基等極性基團(tuán)和帶電荷基團(tuán) [38] ,如圖 2b 所示 。借 助于表面等離子共振（SPR）, Sarikaya 等考察了多肽在貴金屬表面的吸附動(dòng)力學(xué) [46] , 發(fā) 現(xiàn) 多肽在貴金屬表面上的吸附遵循 Langmuir 吸附模型 ,并計(jì)算出吸附常數(shù)、脫附常數(shù)、 吸附平衡常數(shù)和吸附吉布斯自由能等動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)參 數(shù)；再借助于原子 力顯微鏡（atomic force microscopy, AFM）, Sarikaya 等觀 察到 多肽在 Au （111）晶面上的吸附可分為兩步 ,第一步是吸附于 Au 表面的多肽分子聚集成核 ,核相互融合形成濾網(wǎng) 狀結(jié)構(gòu)；第二步是濾網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)陳化（ripening）并不斷填充空隙 ,鋪滿整個(gè)晶面 [41] 。此外,Naik 等[39] 利用 分子動(dòng)力學(xué)模擬考察了多肽在 Au、Pd 表面上的吸 附 , 同樣發(fā)現(xiàn)空間匹配在多肽與晶面之間的特異性 吸附結(jié)合中起著很重要的作用：由于 Au 屬于面心 立方晶體（face-centered cubic, fcc）,其（111）晶面上 形成六邊形凹槽結(jié)構(gòu) , 凹槽邊長(zhǎng) 1. 66括 接近于C—C 和 C C 的鍵長(zhǎng)（分別為 1. 52 和 1. 39括）,凹槽角 度 120o接近于 sp2 、sp3 雜化的鍵角（分別為 120o和 109. 5o）[47] ,而（100）晶面上形成四邊形凹槽結(jié)構(gòu) , 凹槽邊長(zhǎng)為 2. 88括,角度為 90o。因此相比于（100） 晶面 ,側(cè)鏈中含有芳香環(huán)（如苯環(huán) , 酚環(huán)）、sp2 雜化 （如羧基）和 sp3 雜化（如羥基、氨基）結(jié)構(gòu)基團(tuán)的氨 基酸更容易與（111）晶面形成空間匹配 ,故更容易 吸附于（111）晶面 ,如圖 2c 所示 。多肽的這種吸附 相當(dāng)于晶面的 “ 生長(zhǎng)”,故可稱之為軟外延性生長(zhǎng) （soft epitaxial growth）。
在 2. 2. 1 節(jié)中已敘述多肽能夠選擇性吸附和穩(wěn)定不同的晶面 。因此 ,可以利用多肽的這一特性調(diào)控不同晶面的相對(duì)生長(zhǎng)速度 ,從而制備出不同形貌 的 NMNPs,這樣的多肽稱之為調(diào)控劑 ,其作用區(qū)域 如圖 1 中Ⅲ所示。Huang 等[25] 利用能特異性吸附 穩(wěn)定 Pt（111）、Pt（100）晶 面 的兩個(gè) 多肽序 列 S7 （SSFPOPN）、T7（TLTTLTN）作為調(diào)控劑制備出四面 體（tetrahedron）和立方體（cube） Pt NPs,如圖 3b 所 示 。并且通過(guò)控制兩種調(diào)控劑加入的先后順序 ,可 以實(shí)現(xiàn) Pt NPs 形貌間的相互轉(zhuǎn)化：如先加入 T7 再 加入 S7,可以將 Pt NPs 由原來(lái)的立方體結(jié)構(gòu)逐漸生 長(zhǎng)為四面體結(jié)構(gòu) 。同時(shí) ,借助于多肽保護(hù)劑 P7A 制 備出的 Pt 單孿晶作為晶種,Huang 等[26] 利用 S7 和 T7 制備出（111）-雙棱錐（111-bipyramid）和正交雙 棱錐（right-bipyramid） Pt NPs。此外,Cha 等[58] 利用 能特異性吸附、穩(wěn)定 Pt（100） 晶 面的多肽序列 （PWXXQRELSV,X 代表任意氨基酸殘基）制備出立 方體 Pt NPs。
值得一提的是 ,通過(guò)調(diào)整實(shí)驗(yàn)條件 ,多肽起保護(hù) 劑和調(diào)控劑的作用是可以互換的 。在較低濃度時(shí) , 有些對(duì)晶面具有選擇性吸附的多肽會(huì)優(yōu)先吸附于這 些晶面上 ,從而抑制這些晶面的生長(zhǎng) ,起到調(diào)控劑的 作用；但當(dāng)濃度增大到一定程度時(shí) ,過(guò)量的多肽也可 以吸附于其他晶面上 ,抑制所有晶面的生長(zhǎng)并穩(wěn)定NMNPs, 從 而 起 到 保 護(hù) 劑 的 作 用 。如 Huang 等 [8, 12, 26] 發(fā)現(xiàn)七肽序列 P7A 在較低濃度時(shí)（1μg/ ml）能優(yōu)先吸附并穩(wěn)定 Pt（111）晶面 ,并在（111）面 上形成 孿晶 , 從而制 備出 三腳 架形貌（tripod ） Pt NPs；而當(dāng)濃度較高時(shí)（50μg/ml）,多余的 P7A 就會(huì) 吸附于其他晶面上并抑制其生長(zhǎng) , 最終生成只有 1—4 nm 大小、球型形貌的 Pt NPs。另外 ,當(dāng) NMNPs 生長(zhǎng)速率大于成核速率時(shí) ,較大的晶體尺寸保證各 個(gè)晶面能充分表達(dá) ,對(duì)某些晶面具有選擇性吸附的 多肽會(huì)優(yōu)先吸 附于這些晶面上 , 從而起到調(diào)控 NMNPs 形貌的作用；但當(dāng) NMNPs 成核速率大于生 長(zhǎng)速率時(shí) ,小晶核的各個(gè)晶面表達(dá)不充分 , 多肽在 NMNPs 上的吸附則不具有特異性 ,從而起到保護(hù)劑的作用 。如 cha 等[58] 在考察多肽（ PWXXQRELSV） 制備 Pt NPs 中的作用時(shí) ,采用絡(luò)合常數(shù)較高的前驅(qū)體（Pt（ NH3 ）4（NO3 ）2 ）或弱還原劑（H2 ）,就可以得到較大尺寸（7—8 nm）的立方體 Pt NPs；當(dāng)采用絡(luò) 合常 數(shù) 較 小 的 前 驅(qū) 體（ K2 Ptcl4 ）或 強(qiáng) 還 原 劑 （NaBH4 ）時(shí)就能得到較小尺寸（1—2 nm）、球型形貌的 Pt NPs。因此在考察多肽作為保護(hù)劑/調(diào)控劑的作用時(shí) ,對(duì)實(shí)驗(yàn)條件的控制（ 如多肽濃度 ,試劑種 類和配比等）必須要考慮充分。
在對(duì)NMNPs 尺寸、形貌和性能研究的同時(shí) ,越來(lái)越多的研究重點(diǎn)開始轉(zhuǎn)向?qū)?NMNPs 組裝體的研 究上 [3, 4] 。NMNPs 的組裝方式通�？煞譃閮煞N：一 種是單個(gè) NMNPs 規(guī)則排列（ regular array）成超晶體 結(jié)構(gòu) [11, 14, 16, 27, 28] ；另一種是 NMNPs 利用模板組裝 成特定形貌的低維納米結(jié)構(gòu)[17, 29—31, 59, 60] 。
（2）多肽折疊組裝：利用刺激響應(yīng)性多肽作為 引導(dǎo)劑 ,通過(guò)引入刺激調(diào)控多肽的折疊組裝 ,從而引 導(dǎo) NMNPs 規(guī)則排列 。如 Liedberg 等[62] 巧妙地設(shè)計(jì) 了一含有 42 個(gè)氨基酸的多肽序列 JR2Ec,該序列在 酸性或某些金屬離子的存在下可以通過(guò)二聚作用折 疊為球型四螺旋簇 。利用該序列作為保護(hù)劑 ,在中 性條件下可以制備出在 520nm 處存在很強(qiáng)表面等 離子共振（ surface plasmon resonance, SPR）峰的 Au NPs；當(dāng)溶液 pH 降到酸性（ < 5 ）時(shí), SPR 峰出現(xiàn)紅 移 ,表明 Au NPs 發(fā)生了聚集；而當(dāng) pH 繼續(xù)降到 3. 5 時(shí) ,多肽的電荷性質(zhì)由負(fù)變?yōu)檎?,相互間的靜電排斥 作用反而抑制了 Au NPs 的聚集 ,導(dǎo)致 Au NPs 聚集 體解組裝, SPR 峰又藍(lán)移回初始波長(zhǎng) 。此外 , 引入zn2 + 或 含 有 二硫鍵的多肽 JR2kC2 , 也能夠促使 JR2EC 保護(hù)的 Au NPs 聚集；而且這種聚集同樣也是 可逆的 ,當(dāng)加入強(qiáng)絡(luò)合劑（EDTA）或二硫鍵裂解劑 （TCEP）時(shí)又會(huì)解組裝成單個(gè)的 Au NPs[62, 63] ,如圖 4b 所示。
（3）靜電吸引作用：knecht 等[64] 利用精氨酸吸 附于檸檬酸穩(wěn)定的 Au NPs 表面 ,導(dǎo)致 Au NPs 變成 電偶極子 ,從而制備出 Au NPs 線性鏈 。通過(guò)考察溫 度、溶劑介電常數(shù)和離子強(qiáng)度對(duì)制備 Au NPs 線性鏈 的影響,knecht 等人發(fā)現(xiàn) Au NPs 線性鏈的制備分 為兩步：第一步是 Au NPs 二聚體的形成 ,這一步遵 循二級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)且反應(yīng)活化能較低；第二步是二 聚體聚集成線性鏈 , 也是整個(gè)制備過(guò)程的控制步驟 [65] 。
NMNPs 組裝的模板種類有很多 ,但大致可分為 兩類：一類是軟模板 ,如 CTAB、生物質(zhì)（ 如蛋白質(zhì)、 細(xì)胞骨架、多肽、病毒和 DNA） 等自組裝形成的納米結(jié)構(gòu) [31, 32] ；另一類是硬模板 ,如碳納米管等 。由 于具有形貌可調(diào)、靈活性較好 ,而且易于在水溶液中 進(jìn)行等優(yōu)勢(shì) ,軟模板已成為更被看好的 NMNPs 組裝 模板 , 其中 , 多肽更 以其自身特有的優(yōu)勢(shì)而備受矚目。
利用基因工程技術(shù)可以在病毒衣殼上大量表達(dá) 能吸附結(jié)合 NMNPs 的多肽序列 ,借助于這些多肽序 列可以誘導(dǎo) NMNPs 以病毒載體為模板組裝成低維 規(guī)則的納米結(jié)構(gòu) [32, 66—68] 。如 Mann 等 [66] 利用煙草 花葉病毒（tobacco mosaic virus）為模板 ,成功地制備 出 Au、Pt 納米管和離散、線性排列的 Ag NPs。實(shí)驗(yàn) 發(fā)現(xiàn) ,煙草花葉病毒管狀內(nèi)壁上谷氨酸、天冬氨酸側(cè) 鏈的羧基 ,外壁賴氨酸側(cè)鏈的氨基對(duì)組裝 NMNPs 的 作用非常關(guān)鍵：在酸性條件下 , 內(nèi)壁上呈電中性而外 壁上帶正電荷 ,所以 Au、Pt 前驅(qū)體離子[AuCl4 ] - 和 [PtCl6 ]2 - 會(huì)吸附于管外壁 ,經(jīng)還原成核結(jié)晶生長(zhǎng)形 成納米管；而在中性條件下 , 內(nèi)壁上呈電負(fù)性,Ag 前 驅(qū)體離子 Ag + 會(huì)靜電吸附于管內(nèi)壁并受內(nèi)壁空間的 限制 ,經(jīng)光 化學(xué) 還原 生長(zhǎng) 成離散、線性 排列 的 Ag NPs。
利用基因工程技術(shù)改造病毒作為 NMNPs 組裝 的模板存在很多缺點(diǎn)：如病毒具有危害性和傳染性 , 不適宜大規(guī)模利用且生物兼容性差；受病毒形貌和 尺寸的限制 ,組裝體調(diào)控空間太�。徊僮鲝�(fù)雜等 。相 比之下 ,除了前面已經(jīng)提到的優(yōu)勢(shì)外 , 由于多肽能夠 自組裝 ,且自組裝形貌多樣和便于調(diào)控等 ,利用多肽 自組 裝 體 為 模 板 組 裝 NMNPs 就 具 有 很 大 優(yōu) 勢(shì)[69, 70] 。
通常 ,利用多肽自組裝體為模板組裝 NMNPs 有 兩種方法：一種是原位組裝（ in situ）,即前驅(qū)體離子 先與模板吸附結(jié)合 ,然后再以模板為反應(yīng)位點(diǎn)還原。這種 方 法 是 利 用 多 肽 自 組 裝 體 作 為 反 應(yīng) 器 （ reactor）,借助于 NMNPs 在多肽上成核結(jié)晶生長(zhǎng)從 而達(dá)到組裝的目的 [91] 。第二種方法是還原后組裝 （ post conjugation ）, 即 前 驅(qū) 體 離 子 先 還 原 生 成 NMNPs,再吸附于模板上聚集組裝[68] 。
（1） 靜電吸引作用：如果多肽自組裝體表面電 荷性質(zhì)與前驅(qū)體離子電荷性質(zhì)相反 ,則可以通過(guò)靜 電吸引作用將前驅(qū)體離子與多肽自組裝體結(jié)合 。如 Gazit 等[92] 在利用淀粉樣蛋白短肽（ NsGAITIG）自 組裝纖維為模板制備 NMNPs 納米纖維時(shí) ,帶負(fù)電的 Au、Pt 前驅(qū)體離子[ Aucl4 ] - 和[Ptcl6 ]2 - 與多肽 N 端帶正電荷的氨基之間存在靜電吸引作用 ,故能制 備出效果較好的 Au、Pt 納米纖維；而 Ag 前驅(qū)體離子 Ag + 與模板之間存在靜電排斥作用 ,故制備出的 Ag 納米纖維效果較差。
（3） 化學(xué)鍵合作用：前驅(qū)體離子可以借助能與 金屬形成化學(xué)鍵的基團(tuán)（ 如半胱氨酸側(cè)鏈上的巰 基）與多肽自組裝體結(jié)合 。如 Gazit 等[92] 利用半胱 氨酸修飾的淀粉樣蛋白短肽自組裝纖維為模板成功 地制備出 Au、Pt 納米纖維 ,并且發(fā)現(xiàn)絲氨酸殘基對(duì) 制備 Au、Pt 納米纖維也有貢獻(xiàn) , 因此將絲氨酸和半 胱氨酸并列時(shí) , 由于“橋接”（ bridge）的作用 ,可以制 備出組裝致密的 Au、Pt 納米纖維 ,而將絲氨酸和半 胱氨酸分開時(shí) ,可以制備出組裝相對(duì)疏松的 Au、Pt 納米纖維。
（4）利用多肽一步反應(yīng)制備 NMNPs 組裝體：在 不外加還原劑的情況下 ,利用多肽既能做還原劑又 能自組裝的特點(diǎn) ,一步反應(yīng)制備 NMNPs 組裝納米體 。這種制備方法的優(yōu)點(diǎn)在于：反應(yīng)過(guò)程中無(wú)需加 入其他試劑 , 簡(jiǎn)單、高效且影響因素較少 。如 Rosi 等 [98] 借助 HEPEs 緩沖溶液的輔助還原作用 ,利用 脂肽（C 12 -AYssGAPPMPPF）同時(shí)做為還原劑、保護(hù) 劑和模板單體制備出尺寸、形貌均一的 Au NPs 納米 雙螺旋 ,如圖 6b 所示。
在前驅(qū)體離子與多肽自組裝體之間還存在其他 結(jié)合作用可以利用 。如 Gazit 等[29] 利用二肽 FF（ F 代表苯丙氨酸）組裝納米管為模板 ,成功地制備出 Ag/肽核 殼 結(jié)構(gòu)的納 米纖維 , 再利 用 K 蛋白 酶 （proteinase K）降解掉多肽 ,就可以得到無(wú)模板的純 Ag 納米線；若改用 D 型 FF 自組裝體做模板 , 又可 以制備出能抵抗 K 蛋白酶降解的 Ag/肽核殼結(jié)構(gòu)的 納米纖維 。此外,shelnutt 等[99] 利用 D 型 FF 自組裝 納米管為模板制備出 Pt NPs 鑲嵌于管壁的 Pt-肽納 米管 。但 Ag/肽核殼納米纖維與 Pt-肽納米管兩種 截然不同組裝體的形成機(jī)理目前尚不清楚 ,可能與 實(shí)驗(yàn)方法、F 中側(cè)鏈苯環(huán)、前驅(qū)體離子的電荷性質(zhì)以 及 FF 自組裝成納米管的機(jī)理有關(guān)。
（1） 靜電吸引作用：NMNPs 通常帶負(fù)電荷 , 因 此可以利用帶正電荷的多肽自組裝體為模板 ,通過(guò) 靜 電 吸 引作用實(shí) 現(xiàn) NMNPs 的還原 后組裝 。如 Pochan 等[100] 利用發(fā)卡肽（（ VK）4 -VPPT-（ KV）4 ）自 組裝層狀納米帶為模板 ,借助 Au NPs 與肽鏈中賴氨 酸側(cè)鏈氨基之間的靜電吸引作用 ,將 Au NPs 組裝成 層狀納米帶結(jié)構(gòu)；而且夾雜的 Au NPs 將多肽納米帶 的層間距由原來(lái)的 2. 5nm 擴(kuò)撐到 3. 9nm,反過(guò)來(lái)調(diào) 控模板的形貌 ,如圖 6c 所示 。此外,Pochan 等[101] 還巧妙地設(shè)計(jì)了一多肽序列 ,使帶正電荷的組氨酸 在其自組裝納米纖維表面能以 5. 47nm 間距均勻分 布 ,利用靜電吸引作用將 Au NPs 在纖維表面定向排 列成均勻分散的一維納米纖維；并且 Au NPs 相互之 間的靜電排斥作用保證了納米纖維都是由單個(gè) Au NPs 排 列 組 成。Tang 等 [86] 以 多 肽（ RGYFW AGDYNYF）自組裝體為模板 ,利用還原后組裝的方 法制備出 Au NPs 雙螺旋 ,并且通過(guò)調(diào)整溶液 pH 可 以將雙螺旋變?yōu)閱温菪煌瑫r(shí)他們還比較了原位組 裝和還原后組裝制備 Pd NPs 雙螺旋的效果 ,發(fā)現(xiàn)還 原后組裝制得的 Pd NPs 尺寸均一性較差 ,原因可能 是在本體溶液中無(wú)法有效避免二次成核的發(fā)生。
啶與脂肽自組裝纖維表面的胸腺嘧啶之間的堿基配 對(duì)作用 ,在有機(jī)溶劑（ CCl4 ）中制備出 Au 納米纖維 , 如圖 6d 所示。
需要指出的是 ,用多肽自組裝體為模板制備的 NMNPs 低維規(guī)則納米結(jié)構(gòu)與 NMNPs 定向生長(zhǎng)形成 的一維納米線/納米棒之間是有本質(zhì)區(qū)別的 :前者是 由單個(gè) NMNPs 聚集而成；而后者是在調(diào)控劑的作用 下 ,晶種沿著特定晶面生長(zhǎng)形成的具有較大長(zhǎng)徑比 （ aspect ratio）的單晶（ 若晶種是孿晶 , 則一維納米 線/納米棒也可能是多晶）,如圖 1 右端所示。
3 獲取制備 NMNPs 所需要的多肽
綜上所述 ,在 NMNPs 的制備過(guò)程中 ,多肽可以 擔(dān)任很多角色 。因此如何獲取所需要的多肽序列就 成為問(wèn)題的關(guān)鍵。
生物體中存在許多能生物礦化的蛋白質(zhì)和多 肽 [30, 104] 。將這些蛋白質(zhì)、多肽提取出來(lái) ,就可以用 于 NMNPs 的制備 。如 Lee 等 [105] 從單細(xì)胞綠色普通 小球藻（ unicellular green alga chlorella oulgaris）中提 取出能制備 Ag 納米板的蛋白質(zhì) ,詳細(xì)考察了其中 酪氨酸的還原作用和谷氨酸、天冬氨酸的形貌調(diào)控 作用 ,并在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)合成了可以一步反應(yīng)制備 Ag 納米板的三肽（ DDY-oMe）。
sio2 表面的多肽序列里富含疏水性（ 如色氨酸、苯 丙氨酸和甲硫氨酸）和較大空間位阻的氨基酸（ 如 脯氨酸）,而較少含有帶電荷（ 如酸性、堿性氨基酸） 和疏水性較弱的氨基酸（ 如甘氨酸）以及半胱氨酸；同時(shí)圓二色光譜（ circular dichroism, CD）實(shí)驗(yàn)證實(shí) 高效 的 sio2 結(jié) 合 肽 主 要 采 取 聚 脯 氨 酸 Ⅱ 型 （polyproline type Ⅱ) 二級(jí)結(jié)構(gòu) ,而低效的結(jié)合肽主 要采取無(wú)規(guī)卷曲（ random coil）結(jié)構(gòu) 。因此,sarikaya 等認(rèn)為高效的 sio2 結(jié)合肽在吸附過(guò)程中骨架主要 采取伸展方式緊貼于 sio2 表面 ,從而降低與溶劑水 的接觸 ,并且其氨基酸組成和空間結(jié)構(gòu)對(duì)其在 sio2 表面的吸附能力影響很大。
由于從生物體和多肽庫(kù)中獲取多肽過(guò)程繁瑣 , 而且多肽種類繁多 ,對(duì)考察結(jié)構(gòu)-性能之間的關(guān)系貢 獻(xiàn)有限；同時(shí)受數(shù)據(jù)庫(kù)準(zhǔn)確性的限制 ,利用生物信息 學(xué)技術(shù)所設(shè)計(jì)多肽的預(yù)期性能與實(shí)際可能還會(huì)存在 偏差 。因此 ,如果清楚多肽組成、結(jié)構(gòu)和性能之間的 關(guān)系 , 則可以從頭設(shè)計(jì)所需要的多肽序列 。如在 2. 2. 1 節(jié)中已經(jīng)提到了 willett 等[37] 曾系統(tǒng)考察了 20 種常見氨基酸在幾種無(wú)機(jī)表面的吸附情況 。因 此對(duì)于某一 NMNPs,可以依據(jù)每個(gè)氨基酸在其上的 吸附能力合理的設(shè)計(jì)所需要的多肽序列 。再如在 2. 1 和 2. 2. 1 節(jié)中所述 ,通過(guò)詳細(xì)的考察氨基酸組 成、序列 結(jié)構(gòu)對(duì) 多肽還 原、吸附 能力的 影 響, Lee 等 [35] 從頭設(shè)計(jì)了一系列多肽序列 ,可以一步反應(yīng)制 備出不同尺寸、形貌的 Au NPs。
4 利用多肽制備 NMNPs 在納米、材料技術(shù)中的應(yīng)用
在引言中 已經(jīng)提到 , 由于具有特殊的性能 , NMNPs 在很多領(lǐng)域都具有巨大的應(yīng)用前景 ,而多肽 的引入又讓 NMNPs 的應(yīng)用領(lǐng)域大大拓展。
Naik 等[56] 考察了不同多肽作為保護(hù)劑制備的 Pd NPs 對(duì) stille 加成反應(yīng)（ stille coupling）的催化性 能 ,發(fā)現(xiàn)不同多肽保護(hù)的 Pd NPs 對(duì) stille 加成反應(yīng) 的催化性能效果迥異 。此外 ,該課題組還利用這些 多肽雜化成一條既做還原劑又做保護(hù)劑的雜化肽 FlgA3,可以一步反應(yīng)制備出 Au/Pd 核殼結(jié)構(gòu) NPs；與 Pd NPs 相比 ,這些 Au/Pd 核殼結(jié)構(gòu) NPs 對(duì)不飽 和醇加氫反應(yīng)具有非常高的催化活性 [55, 57] 。因此 可以通過(guò)調(diào)控多肽保護(hù)劑的序列來(lái)調(diào)控 NMNPs 的 的催化性能。
Matsui 等 [97] 利用多肽自組裝納米管為模板 ,通 過(guò)調(diào)控溶液 pH,制備出由不同尺寸 Ni NPs 組裝成 的納米線并考察了其磁性性能 。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：Ni NPs 尺寸不同 ,其組裝成的納米線的磁性也有所差異 , 因 此可以有的放矢的用于各種磁性納米材料領(lǐng)域。
利用 NMNPs 的 sPR、LsPR 等性 能, sarikaya 等[40, 42, 46] 詳細(xì)考察了各種多肽在 Au、Pt 表面的吸 附行為 ,并計(jì)算出相關(guān)的動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)參數(shù) 。此 外,Fernig 等[10] 利用摩爾吸光系數(shù)計(jì)算出單位面積 Au NPs 上吸附的多肽保護(hù)劑的分子數(shù)目 。這些數(shù) 據(jù)為定量分析多肽與 NMNPs 之間的吸附結(jié)合作用 提供了依據(jù)。
生物體內(nèi)的特異性結(jié)合已為人所眾知 ,如酶/作 用底物、抗原/抗體、RGD 短肽/細(xì)胞、生物素/抗生 物素以及核酸適體/配體等 ,將其應(yīng)用于多肽保護(hù)劑 方面 ,就可以使 NMNPs 具有與熒光標(biāo)記方法靈敏度 相近的特異性識(shí)別和檢測(cè)性能 [10, 113—115] 。如 Fernig 等 [113] 將生物素 和 DNA 同時(shí) 結(jié)合在多 肽保護(hù) 劑 （ cALNN）上 ,制備出了肉眼可觀測(cè)信號(hào)的能特異性 識(shí)別、標(biāo) 記 和 檢 測(cè) 抗 生 物 素 和 DNA 微 陣 列 （ microarrays）的 Au NPs,如圖 8b 所示 。此外 ,將能 特異性吸附于細(xì)胞表面的 RGD 序列修飾在多肽保 護(hù)劑 上 , 可以利 用 NMNPs 的 光學(xué)性能 實(shí)現(xiàn)細(xì) 胞 成像。
5 存在的問(wèn)題與展望
盡管利用多肽制備 NMNPs 的研究方興未艾 ,但 目前仍有很多問(wèn)題沒有解決 ,如對(duì)多肽在 NMNPs 成 核階段所起的作用和在其表面吸附機(jī)理的研究實(shí)驗(yàn) 結(jié)論相對(duì)較少 ,主要還依賴于分子模擬 ,導(dǎo)致諸多理 論證據(jù)不足；多肽作為保護(hù)劑/調(diào)控劑制備不同尺 寸/形貌 NMNPs 的確切機(jī)理仍不太清楚；多肽作為 引導(dǎo)劑還沒有完全實(shí)現(xiàn) NMNPs 的長(zhǎng)程有序規(guī)則排 列；從生物體和多肽庫(kù)中獲取多肽序列工程量較大 且具有一定的盲目性 ,而利用生物信息庫(kù)和從頭設(shè) 計(jì)多肽序列又因?qū)Χ嚯呐c NMNPs 相互作用理解的 不全面而進(jìn)展緩慢等 。很多情況下對(duì)多肽作用的認(rèn) 識(shí)甚至相互之間出現(xiàn)矛盾：如有些研究認(rèn)為多肽在 與 NMNPs 作用時(shí)對(duì)構(gòu)象的依賴性較強(qiáng) ,而有些研究 認(rèn)為多肽對(duì)氨基酸組成的依賴性較強(qiáng)；對(duì)各種氨基 酸在多肽結(jié)合 NMNPs 中的作用認(rèn)識(shí)也不盡相同 ,甚 至相反 。此外 ,很多外在因素 ,如溫度、壓力、投料 比、試劑種 類、甚至微 量雜質(zhì) 的存 在也會(huì) 影 響 NMNPs 的制備 , 給分析研究帶來(lái)了不少麻煩 [4, 11] 。而且利用多肽制備 NMNPs 的應(yīng)用還剛起步 ,在很多 領(lǐng)域還處于探索階段 。上述的種種問(wèn)題在制約了對(duì) 利用多肽制備 NMNPs 研究的同時(shí) ,也給出了解決問(wèn) 題的突破口 。隨著研究工作的不斷深入 ,預(yù)計(jì)以下 幾個(gè)方面將會(huì)成為該領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)：
（1） 對(duì)多肽與 NMNPs 相互作用機(jī)理的研究。利用模擬和實(shí)驗(yàn)手段考察 NMNPs 從開始成核到晶 體生長(zhǎng)的每一個(gè)階段 ,多肽所起作用的分子機(jī)制 ,從 而實(shí)現(xiàn)從頭設(shè)計(jì)所需功能的多肽分子。
關(guān) ,對(duì) NMNPs 尺寸、形貌和組成的研究一直是化學(xué)、 材料等領(lǐng)域研究的熱點(diǎn) 。多肽不僅可以提供一條能 環(huán)保、低耗的實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的途徑 ,而且由于其豐富 的組成和靈活的骨架 ,還可以實(shí)現(xiàn)對(duì) NMNPs 尺寸、 形貌和組成的同時(shí)調(diào)控。
（3） 利用多肽制備基于 NMNPs 的可調(diào)控規(guī)則 形貌、長(zhǎng)程范圍內(nèi)有序的組裝體 。盡管利用多肽在 短程范圍內(nèi)對(duì) NMNPs 的有序組裝體在光學(xué)、電學(xué)等 領(lǐng)域已經(jīng)顯示出巨大的應(yīng)用前景 ,但對(duì) NMNPs 長(zhǎng)程 范圍的組裝和其組裝體形貌的可預(yù)測(cè)和可調(diào)控性還 沒有實(shí)現(xiàn)。
（4）利用多肽制備 NMNPs 在各學(xué)科領(lǐng)域中的 應(yīng)用 。將多肽和 NMNPs 兩者的優(yōu)勢(shì)結(jié)合起來(lái) ,可以 實(shí)現(xiàn)很多以往 NMNPs 很少涉獵的領(lǐng)域 。如通過(guò)對(duì) 多肽保護(hù)劑的生物學(xué)修飾 ,可以將 NMNPs 的應(yīng)用領(lǐng) 域拓展至生物醫(yī)學(xué)范圍 。此外 ,將特異性識(shí)別性能 和其他性能結(jié)合使用可以使多肽制備的 NMNPs 在 納米生物傳感器、納米編碼、分子印跡、癌癥的早期 診斷和食源性致病菌的快速檢測(cè)等新興納米、材料 技術(shù)領(lǐng)域也大有作為。
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