自组装十二面体纳米结构具有60个金属离子和肽配体

控制纠缠分子链的拓扑和结构是分子工程中的一个关键挑战，特别是在试图创建模拟生物系统的大型纳米结构时。自然界中发现的例子，如病毒衣壳和货物蛋白，证明了这种结构的巨大潜力。然而，迄今为止，构建具有精确几何控制的大型中空纳米结构的方法仍然难以捉摸。

日本东京科学研究所副教授泽田智博领导的一个研究小组成功构建了一个具有正十二面体几何拓扑结构的分子球壳结构。

这项突破性的工作在线发表在《化学》杂志上，描述了研究人员如何通过肽与金属离子的纠缠创造出这种外径为6.3纳米的大结构。

“这种高度复杂的结构的合成是基于几何考虑和预测，导致了一个新概念的提出：化学结构的几何控制，”Sawada解释道。

该团队的方法结合了两个不同的数学框架，即结理论和图论，来预测并实现前所未有的十二面体链的自组装，该链由60个金属离子和60个肽配体（或M60L60）组成，具有60个交叉点的纠缠。

研究人员之前已经创建了具有四面体和立方体连接的较小结构。然而，在他们试图官能化M24L24（一种较小的立方连接）的过程中，对肽序列进行进一步修饰后，出现了更复杂的十二面体连接。

X射线晶体学分析显示，所得M60L60金属肽壳包含一个约4.0纳米（约34000Å3）的内腔，其大小足以包封蛋白质或纳米材料等大分子。

除了其令人印象深刻的结构复杂性外，M60L60外壳在高温、稀释和氧化条件下表现出显著的稳定性，研究人员将其归因于其独特的纠缠网络结构。

该团队还证明，衣壳的表面可以用各种官能团进行修饰，同时保持其结构完整性，为基于特定需求的定制开辟了途径。

这些特性使M60L60成为各种应用的有前景的平台，包括药物输送系统和分子运输。

泽田强调：“考虑到肽结构的多样性和可修饰性，与DNA折纸技术相比，我们的方法在功能化结构方面具有压倒性的优势。”。

“此外，由于我们的方法涉及理论预测和试错实验，有时会获得远远超出我们预期的惊人结构——这就是化学的本质。”

总的来说，这项研究在理解如何构建人工病毒衣壳样结构方面迈出了重要一步。Sawada总结道：“我们的发现显著扩展了肽工程的基础，预计将在各个领域产生巨大影响，包括分子自组装、材料化学和数学理论。”。

研究人员现在正瞄准更雄心勃勃的结构，设想M180L180和M240L240组件分别具有180和240个交叉点，作为他们的下一个挑战。p