李晓民课题组：表面动力学控制制备介孔多足体用于高效细菌黏附与抑制

youwuyang

人类一直以来都在向自然界学习，尤其是在材料制备方面。在自然界，小到病毒、大到蒺藜、苍耳，都在不同尺度上向人类展示：多足结构能够通过多位点接触，来有效提高主客体之间的界面作用。在纳米材料领域，纳米颗粒与生物质之间的作用力对于诸如胞内药物递送、抑菌等应用起着重要作用。而这一作用力又与纳米材料的表面结构息息相关。有感于蒺藜种子及病毒的多足结构，如果可以合成具有多足结构的纳米颗粒，利用多位点接触效应强化纳米-生物界面交互作用，纳米颗粒对生物质体的黏附及穿透能力将会得到提高，应用效果也会得到提升。然而，受合成技术的限制，目前对于多足纳米结构的报道还较为欠缺。少数工作也是基于纳米晶、聚合物等材料，得到的纳米颗粒缺少足够的药物负载能力，很难适用于药物递送、杀菌等方面的应用。

       复旦大学化学系李晓民青年研究员和赵东元院士团队已经在之前的工作中探究了单位点介孔材料各向异性成核和生长，并以此为基础制备了一系列全新的各向异性纳米颗粒（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）。然而在这些工作中，单位点成核只能生长出一个介孔“足”。若想要制备出介孔多足纳米颗粒以用于提高纳米-生物交互作用力，在纳米颗粒表面的成核位点数目必须被精确控制。
       近日，研究团队在此前工作的基础上，进一步发展了表面动力学控制的多位点成核策略，制备了具有可控表面结构的介孔多足纳米复合材料。通过调节Fe3O4@SiO2@RF（RF = resorcinol-formaldehyde resin）纳米颗粒表面化学性质，实现PMO（periodic mesoporous organosilica）在其表面成核过程中的动力学控制，进而实现对其成核位点数量的控制，最终制备了一系列具有可控表面结构的介孔多足复合材料：单足Janus、双足、三足、四足、多足等。
       就如同蒺藜、苍耳通过多足结构附着在动物身上一样，这种多足结构也赋予了介孔纳米复合材料优秀的细菌粘附能力。借助蒺藜状四足结构所提供的强纳米-生物交互作用及介孔孔道赋予的载药能力，该蒺藜状四足介孔纳米复合材料展现出高效的细菌黏附能力、近100%的细菌分离效率及超过90%的长效细菌杀灭能力。综上，期待这一工作能够为今后设计复杂的纳米颗粒表面构造和增强型纳米-生物交互作用提供更多思路。相关论文近期发表于Nat. Commun., 2019, 10, 4387。
       该论文的第一作者为博士研究生赵天聪，李晓民青年研究员和赵东元教授为该论文的共同通讯作者。该工作得到了复旦大学化学系、先进材料实验室、上海市科委、国家自然科学基金等的大力支持。
       全文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-019-12378-0

      介孔材料
      根据国际纯粹与应用化学联合会（IUPAC)的规定，介孔材料是指孔径介于2-50nm的一类多孔材料。介孔材料具有极高的比表面积、规则有序的孔道结构、狭窄的孔径分布、孔径大小连续可调等特点，使得它在很多微孔沸石分子筛难以完成的大分子的吸附、分离，尤其是催化反应中发挥作用。而且，这种材料的有序孔道可作为“微型反应器”，在其中组装具有纳米尺度的均匀稳定的“客体”材料后而成为“主客体材料”，由于其主、客体间的主客体效应以及客体材料可能具有的小尺寸效应、量子尺寸效应等将使之有望在电极材料、光电器件、微电子技术、化学传感器、非线性光学材料等领域得到广泛的应用。因此介孔材料从它诞生一开始就吸引了国际上物理、化学、生物、材料及信息等多学科研究领域的广泛兴趣，已成为国际上跨多学科的热点前沿领域之一。

       李晓民，复旦大学青年研究员。2008年、2011年从河南大学分别获得学士和硕士学位，2014年获得复旦大学博士学位。无机半导体量子点、上转换荧光纳米晶以及无机纳米材料功能化的介孔材料合成及应用研究。在化学、材料类权威期刊上共发表SCI论文70余篇。

       赵东元,复旦大学教授，1963 年出生于沈阳市。1980年考入吉林大学化学系，1984年获得理学学士学位，1987年获吉林大学化学系理学硕士学位。1990年获吉林大学和大连化学物理研究所物理化学专业理学博士学位。1993 ~ 1994年在以色列魏兹曼科学院化学物理系做博士后。1995 ~ 1996年在美国休斯顿大学化学系做博士后。1996 ~ 1998年在美国加州大学圣芭芭拉分校材料系和化学系做博士后。1998年12月复旦大学教授；2000年入选教育部长江“特聘教授”，2007年被增选为中科院院士。2010年被增选为第三世界科学院（TWAS）院士。