摘要：癌症诊疗中，靶向治疗是一种最为有效的治疗方案，而如何标记病灶位置，为靶向药物提供给药位点显得尤为重要。在细胞成像和癌细胞追踪的研究中，普遍应用的主要是有机荧光染料或者是无机量子点，例如基于镉的量子点，有一定的细胞毒性，在实际应用中，不适合应用于生物体内的成像。研究发现，肽的自组装颗粒具有光致发光特性，并且通过干预其自组装过程可以改变肽光致发光的这种性质，本文就肽的光致发光特性的发展进行了简要综述。
关键词：自组装肽；光致发光；生物成像
1引言
基于肽的材料是一种重要的生物材料之一，研究发现肽通过组装可以形成不同的结构并拥有各种功能。肽是由酰胺键连接的短链氨基酸单体，广泛存在于人体且具有特定的生物学功能，其具有生物活性、生物相容性以及生物可降解性，可以作为生物材料得到广泛的应用。[1] [2]
自组装肽作为生物材料和其他纳米结构的构建模块而得到越来越多的应用，这是肽基于它们的氨基酸序列和它们的自组装类型而获得的化学和物理性质的结果。[3]
最近，Tao等人[4]，研究发现基于色氨酸的芳香环二肽自组装成二聚体纳米颗粒可以作为传统无机量子点材料的替代物，通过调控自组装过程，实现这种二肽纳米颗粒的光致发光特性的调节。此外，张和他的同事们发现色氨酸-苯丙氨酸二肽纳米粒子的形成，这种纳米粒子可以将肽的内在荧光信号从紫外区转移到可见光范围，这使得这种二肽纳米粒子能够用来生物成像和传感。[5]
而相比于有机荧光染料，量子点具有良好的荧光特性：荧光激发谱宽、发射光谱窄而对称、抗光漂白能力强、荧光稳定性好等[6]，然而量子点的细胞毒性限制了它的应用。[6] [7]
2肽的自组装
2.1肽自组装过程
分子组装是利用分子间的识别作用，在非共价的作用下实现分子在空间尺寸和方向上的重排和堆积，从而形成规则排列的分子聚集体。
2.2肽自组装体的表征
2.2.1肽自组装体荧光光谱图
Tang及其同事开发了聚合诱导发射（AIE）效应聚合物，用于荧光生物成像。AIE分子不同于在聚集状态下淬灭的普通ACQ分子，AIE分子在聚集状态下显示出明亮的荧光，可以形成荧光纳米探针。Tao等人研究发现，环苯丙氨酸-色氨酸(cyclo-FW)和环色氨酸-色氨酸(cyclo-WW)两种二肽，溶解于甲醇溶液中，通过荧光光谱进行表征，发现单体状态下的二肽的激发峰位于285nm处，而发生自组装的二聚体的发射峰在305nm处，红移20nm（图1），证明组装前后，这两种环二肽的荧光性质是发生变化的。
图1：溶解在甲醇溶液中的环二肽单体（细浅色曲线，0.05mM）和自组装体（粗深色曲线，5mM）的发射光谱。自组装后，激发波长从285nm红移到305nm。
进一步实验表明，通过扫描电子显微镜(SEM)和扫描探针显微镜(AFM)对肽的形貌进行表征发现，经过自组装过程，肽形成各种纳米结构，例如：纳米颗粒、纳米纤维、纳米短棒等。同时，用动态光散射仪对肽纳米颗粒的粒径进行表征，通过组装，肽自组装形成的聚集体的直径大约为600nm。
图2：在甲醇溶液中的环二肽纳米颗粒量子点的SEM图。a：针状环苯丙氨酸-色氨酸晶体，比例尺：40μm。b：球形环色氨酸-色氨酸纳米颗粒，比例尺：20μm。
2.2.2肽自组装过程的调控
肽的组装过程是自发进行的，它们通过分子之间的各种非共价作用，例如：氢键、范德华力、π-π堆积等，自发的聚集形成一定的有规则结构，值得注意的是通过改变一些条件，包括外界环境或者肽自身性质，比如：氨基酸对映体的替代、肽的封端保护、溶剂置换、金属离子螯合等，肽的组装过程可以受到调控，从而能够获得需要的组装体，表现出特定的性质和功能。
3总结与展望
由生物构建块制造的微观和纳米结构由于其在生物学和纳米技术中的应用潜力从而引起极大的关注。许多生物分子，包括肽和蛋白质，可以相互作用并自组装形成具有功能性的高度有序的超分子结构。基于上述的一些研究论证，肽在生物材料、生物医学方面的应用将迎来更为有希望的未来，它们这种固有的光致发光特性，能够用于肿瘤细胞的成像以及药物释放的监测，有望成为有机荧光染料的替代物。
参考文献
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[2]Hartgerink,J.D.Self-Assembly and Mineralization of Peptide-Amphiphile Nanofibers[J].Science,2001,294(5547):1684-1688.
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[5]Fan Z,Sun L,Huang Y,et al.Bioinspired fluorescent dipeptide nanoparticles for targeted cancer cell imaging and real-time monitoring of drug release[J].Nature Nanotechnology,2016,11(4):388.
[6]唐永安,胡军,杨祥良,et al.镉系量子点的生物毒性及相应机制[J].化学进展,2014,26(10):1731-1740.
[7]Derfus,A.M.,Chan,W.C.& Bhatia,S.N.Probing the cytotoxicity of semiconductor quantum dots.Nano.Lett.4,11–18 (2004).
作者简介：沈阳（1994-），男，山东菏泽人，生物工程硕士，单位：中国石油大学（华东）化学工程学院生物工程专业，研究方向：纳米材料。
论文作者:沈阳
论文发表刊物:《知识-力量》2019年11月48期
论文发表时间:2019/10/28
标签：纳米论文; 荧光论文; 色氨酸论文; 生物论文; 量子论文; 分子论文; 颗粒论文; 《知识-力量》2019年11月48期论文;