[发明专利]一种新型多肽荧光纳米结构材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种新型多肽荧光纳米结构材料及其制备方法，其特征由含有酪氨酸和赖氨酸的多肽通过氧化和氨基加成的方式交联而成。其制备过程为：（1）将适量含GYK序列的多肽溶于pH为8的碱性溶液中，使其溶液浓度大于1 mg/mL；（2）加入0.05%～0.1%体积的过氧化氢氧化剂，25～80℃水浴加热2～10h，冷却至室温，超滤除去未反应的多肽单体，即得。本发明的制备不需要额外添加任何交联试剂，操作简单，产物荧光性能稳定，方便连接和修饰识别序列进行共组装，具有广泛应用于生物标记、检测及成像领域的潜力。

技术领域

本发明涉及生化合成技术领域，更具体地，涉及一种新型多肽荧光纳米结构材料及其制备方法。

背景技术

近年来，聚集诱导发光（AIE）技术在生物标记及成像领域应用广泛，主要原理是基于有机分子聚集限制芳香基团转动，减小能量耗散来提高荧光性能，与传统的有机染料相比具有更高的稳定性，它与多肽结合形成偶联物的功能性开发在医学标记中也得到了良好的发展。尽管如此，这些材料的发光原件仍然依靠非生物性分子。

20世纪60年代发现了绿色荧光蛋白（GFP），其优良的荧光性能使其成为最广泛使用的蛋白质之一。其中，黄色荧光蛋白在所有GFP变体中波长最长，相对于GFP的光谱红移，其波长长是由于203位苏氨酸被酪氨酸取代造成的，而后者发色团的酚类阴离子之间存在π-π堆积作用。这种作用力降低了激发态能量，促进GFP光谱红移的同时也为多肽自组装提供驱动力。进一步对这种结构进行人工改造，通过拆分/组合GFP分子中β-折叠形成的桶状结构调节荧光蛋白的发光特性，组装分子开关，并且利用其生色团人工构建荧光蛋白的模拟物，用于生物标记及检测。

通过对于荧光蛋白氨基酸序列的改良，产生了新型光激活荧光蛋白，即在特定激发光的照射下光谱特性发生改变，包括光激活 （荧光强度由弱变强）及光转换（荧光颜色由绿变红）两种形式。源于珊瑚的绿红光转化荧光蛋白，在序列和结构上高度保守，其中代表性荧光蛋白的生色团都是由含酪氨酸的序列构成。尽管荧光蛋白是目前光学性能很好的成像材料，但其结构复杂且价格高昂，在表面修饰和连接上也并不简易，因此在进一步组装和应用中仍存在很多限制。有待开发结构更简单、通用性更好的纳米荧光材料。

多肽作为构成生物体基本结构的大分子具备诸多优势，利用氨基酸序列设计构建自组装模块，形成有序的功能化纳米结构是医学材料发展的新方向。短肽自组装结构已被证明具有良好的半导体光学性能，它们的带隙可与传统材料相媲美，严格的自组装可以使潜在细胞毒性最小化，超分子结构的生物相容性也满足应用需求。在各种多肽纳米结构中，对光学性能研究日渐成为热点，与目前大量使用的无机荧光材料相比，肽纳米颗粒的生物降解性无疑是极大的优势。然而，多肽生色团固有的光谱范围主要位于紫外区，其本身光学性能的局限性，限制其作为有效探针的应用。到目前为止，已有研究涉及控制多肽自组装得到所需的形貌和结构，但是通过自组装来改变固有的光学性能多肽纳米结构仍处在探索阶段。

发明内容

本发明的主旨在于提供一种新型多肽荧光纳米结构材料及其制备方法，主要基于一类含有酪氨酸和赖氨酸的多肽通过氧化和氨基加成的方式交联形成聚合物而实现，原理见图1。短肽单体间的交联主要归因于酪氨酸之间的π-π堆积作用，以及酪氨酸与另一单体的赖氨酸侧链氨基在碱性条件下形成亚胺引起的分子间偶联，这种单体间的相互作用形成多肽纳米颗粒聚合物，即多肽荧光纳米材料。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种新型多肽荧光纳米结构材料，含有酪氨酸和赖氨酸的多肽通过氧化和氨基加成交联的方式形成聚合物。具体而言多肽序列包含酪氨酸（简写为Tyr或Y）、赖氨酸（简写为Lys或K）、甘氨酸（简写为Gly或G），因此序列包括含这3种氨基酸的三肽（GYK、GKY、YGK、YKG、KGY、KYG），以及三肽作为一个单元的重复序列，例如GYK、GYKGYK、GYKGYKGYK、……、（GYK）n，n为大于零的整数。