本站讯（通讯员 王跃飞）近日，化工学院青年教师王跃飞以天津大学独立通讯单位在高水平期刊《Chemical Society Reviews》（影响因子60.615，一区TOP期刊）上发表题为《Biomimetic mineralization based on self-assembling peptides》的综述论文，并受邀作为当期正封面论文（图1）。该论文结合课题组开展的多项工作，对多肽仿生材料的合成机制、独特性质及其实际应用进行了系统介绍和讨论。论文的独立通讯作者为王跃飞副研究员，第一作者为天津大学化工学院博士生李清，导师为齐崴教授。
图1论文被遴选为Chemical Society Reviews正封面 （出版日期：2023年3月6日）
多肽是由氨基酸通过肽键连接而成的聚合物，是生命体的基本组成部分，具有十分重要的生理和药理作用，近年来在创新药物研发、药物递送、组织工程、高端精细化学品制备等领域取得了广泛应用。仿生矿化是模拟自然界中生物的矿化过程，如骨骼、牙齿、贝壳等的形成，利用生物分子在温和条件下合成无机矿物。多肽具有生物相容性好、结构多样等优点，且表面含有丰富的活性官能团，因此能够通过仿生矿化调控无机材料的形成过程，实现对相关复合材料形态、大小和组成等性质的精确控制（课题组研究工作：ACS Nano 2021, 15, 9827-9840; Chem. Mater. 2018, 30, 7902; Small 2018, 14, 1800772），并赋予其催化选择性、结合靶向性和刺激响应性等（图2）。
图2以多肽为模版合成的功能复合材料及其应用
此外，通过与人工智能相结合，研究人员能够利用计算机理性设计构成多肽的氨基酸序列，精确控制多肽与无机物之间的相互作用和组装方式（图3）。例如，通过精确设计多肽分子中疏水氨基酸残基的位置，具有α-螺旋构象的多肽分子能够在碳纳米管表面有序组装，并诱导金纳米团簇在其外表面进一步矿化，形成自然界中无法得到的多级精细结构。
图3计算机辅助设计多肽实现对功能复合材料的精准调控
多肽仿生复合材料由于具有独特的光学、催化以及生物活性，在传感检测、抗肿瘤、生物成像、药物递送、牙齿和骨骼修复等领域均有广泛应用。代表性应用如下：
1.传感检测
多肽能够诱导金、银等离子矿化形成尺寸、结构精确可控的纳米团簇或者胶体颗粒，并作为活性组分吸附在纳米团簇/颗粒的表面。形成的多肽-金属胶体颗粒，不仅具有独特的光学活性（荧光、圆偏振吸收/发射、表面等离子体共振吸收）、催化活性，而且还具有酶响应特性以及多种特异性识别能力（图4）。通过裸眼或者光谱仪检测多肽-金属胶体颗粒溶液或者薄膜的光学性质的变化，可实现对多种活性物质，包括肿瘤标志物、金属离子、抗原等的定性和定量检测。
图4以多肽为模版合成的金属纳米团簇/颗粒及其在肿瘤标志物、金属离子、抗原等的检测应用
2.生物医药
以多肽为模版，通过仿生矿化形成的金属团簇，由于具有荧光特性、靶向性和独特的生物学功能，已在癌症治疗和生物成像中广泛应用（图5）。通过在多肽水凝胶中原位矿化可形成金属纳米颗粒或团簇，所获得的复合材料有望用于肿瘤的光热治疗（PTT）或光动力治疗（PDT）。此外，羟基磷灰石（HAp）的矿化作用对硬组织（如骨和牙齿）的修复具有重要意义。多肽及其形成的三维凝胶骨架结构，能够作为模版诱导无定形磷酸钙（ACP）的形成及晶体转化，可用于受损牙齿修复和骨骼再生。
图5多肽仿生矿化材料在肿瘤治疗、生物成像、骨骼和牙齿修复中的应用
3.仿酶催化
多肽分子可作为模版精确调节金属团簇、金属氧化物的纳微结构，在光、电催化以及仿酶催化等领域，均具有广泛应用。以仿酶催化为例，王跃飞副研究员和齐崴教授通过模拟天然金属酶活性中心的金属团簇结构，以多肽为模版，调控金属离子的仿生矿化过程，成功创制了一系列性能优异的人工金属酶（漆酶\过氧化物酶等仿酶，课题组研究工作：ACS Nano, 2022, 16, 6866-6877; ACS Catal. 2021, 11, 5839-5849; Appl. Catal. B. Environ. 2019, 254, 452-462; Sci. China Chem. 2023, 66, 228-241），相对于天然酶，其具有更高的催化活性和稳定性，且成本低廉、选择性高，有望替代天然酶用于药物合成、能源催化等绿色化学化工领域（图6）。
图6二肽分子诱导铜离子矿化形成漆酶仿酶
王跃飞老师专门从事多肽仿生科学与工程领域的基础研究与产业化应用工作，负责和参与国家、省部级以及企业委托横行课题等20余项，近年来聚焦于肽基药物递送载体及相关高附加值产品的开发和产业化应用研究，实现4项专利技术转让，发表论文80余篇。
论文信息：
Qing Li, Yuefei Wang,* Gong Zhang, Rongxin Su, Wei Qi, Biomimetic mineralization based on self-assembling peptides, Chemical Society Reviews, 2023, 52, 1549-1590.
原文链接：http://xlink.rsc.org/?DOI=D2CS00725H
（编辑 刘晓艳 万梦方）
