具有Janus结构磷脂-蛋白质杂化微马达的构筑及应用

Micro/nano motors are nice models for studying the behaviors of cells or virus, due to their similarities in the structure and size, which are considered as novel intelligent biomimetic materials. In order to understand the relationship between the movement and functions of cells, this project will conduct the mimicry of predation behavior of cells based on lipid-protein hybrid micromotors. First, lipid-protein hybrid capsules would be fabricated using microfluidics, with nice control over the size and composition; then, by adjusting temperature or ionic strength, hybrid capsules with microsepration property would be obtained; after selectively crosslinking, hybrid capsules were transferred to water phase with Janus structures, which could be utilized as protocell models with moving and predating properties. This project will give great help to the researches on micromotors as well as protocell mimicry.

微纳米马达由于其结构和性质上与细胞和细菌类似，可以帮助理解细胞和细菌等微尺度生命体的行为，因此被认为是可以用于揭示自然规律的新型智能仿生材料。为了更深入的理解细胞和细菌的运动行为和功能之间的关系，本课题拟利用天然细胞膜的组成成分--磷脂和蛋白质--构筑微马达，实现对原细胞捕食行为的模拟。本课题首先利用磷脂和蛋白质在油水界面具有自组装的能力制备杂化单层微胶囊；然后利用微相分离技术，实现磷脂和蛋白质的相分离，从而得到具有Janus结构的杂化微胶囊；通过逐级透析的方法，制备出水相中的磷脂-蛋白质杂化微马达。最后，鉴于磷脂-蛋白质杂化微马达具有一面是交联的蛋白质区域，一面是具有良好流动性的双层磷脂膜区域的特点，本课题拟开展模拟微小生命体的捕食行为。本课题不仅拓展了微马达在生命领域中的应用，还能够为揭示具有细胞尺寸的微米马达的运动行为和自身功能之间的关系奠定基础。

微纳米马达是指能够将化学能、光能、声能或其他形式的能量转化为机械运动并完成复杂任务的微纳米系统，通常也被称为微纳米机器。近年来，因其在诸多应用方面所具有的潜力，微纳米马达已逐渐成为微纳米技术等相关领域中的研究热点之一，如药物靶向递送、细胞的捕获与分离、分析检测、环境净化以及纳米印刷术等等。然而在生物应用领域中，尤其是人工细胞的设计和功能研究方面，还有很多问题值得深入探索和研究，比如，人工细胞的生物相容性、人工细胞的运动行为调控等科学问题。. 基于此，本课题利用微流控技术直接以磷脂-天然蛋白质为构筑基元，构建了磷脂-蛋白质杂化微胶囊的制备方法，并利用扩散诱导融合技术调控蛋白质胶囊表面的多种酶的分布和排列，从而设计出具有可调控组分和结构的Janus结构的人工细胞模型；通过调节脲酶底物浓度，设计出具有模拟原细胞功能的磷脂-蛋白质杂化微马达。此外，该课题成功地构筑具有良好生物相容性和可控运动性能的蛋白质微马达，实现了基于该微马达实现模拟原细胞的基本功能；最后，该课题还详细地阐明磷脂分子和蛋白质分子自组装形成磷脂-蛋白质杂化微胶囊和具有Janus结构的磷脂-蛋白质杂化微胶囊的机理。. 在此青年基金资助下，共发表项目号（51703043）标注的SCI论文19篇，申请国家发明专利6项，已获得授权3项，协助指导博士研究生3名（一名毕业，两名在读），硕士研究生3名（在读）。