《Advanced Composites and Hybrid Materials》：Light-modulated kinetic control of covalent-supramolecular gradients for the assembly of hollow peptide nanostructures
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本研究针对如何深入理解共价键形成动力学与组装路径间复杂关系，并实现对肽纳米结构精确形貌调控的挑战，开发了一种基于光调控酪氨酸光交联的动力学控制共价肽组装新策略。通过调节光照强度，在组装体内诱导形成共价-超分子梯度，实现了对多层次结构前所未有的调控，选择性解离超分子结构域后，可获得结构参数（如尺寸、壳厚度、空腔大小）可调的空心纳米粒子，包括凹凸胶囊、核壳及蛋黄壳结构。该工作为设计定制化空心肽纳米结构提供了关键见解。
在构建功能性纳米材料的世界里，肽分子因其优异的生物相容性、可编程的氨基酸序列以及丰富的自组装驱动力，已成为构筑复杂纳米结构的理想“乐高积木”。将牢固的共价键与动态的非共价相互作用整合的共价肽组装策略，为创造具有新颖功能的稳定、长效组装体提供了诱人的前景。然而，通往这一目标的道路并非坦途，科学家们面临着两大核心挑战：一方面，共价键形成的动力学过程（即反应快慢）如何深刻地影响并调控最终的组装路径和结构，这其中的复杂关系仍如雾里看花，亟待厘清；另一方面，实现对组装体结构的精确操控，并丰富其形貌的多样性，依然是该领域孜孜以求却难以企及的目标。换言之，我们虽有精良的“积木”和强大的“粘合剂”（共价键），却难以随心所欲地指挥它们在特定时间、以特定方式结合，从而搭建出形态各异且功能强大的“建筑”。
为了破解这些难题，一项发表在《Advanced Composites and Hybrid Materials》上的研究带来了突破性的策略。研究人员独辟蹊径，将“光”这一外部刺激引入到共价肽组装的过程中，利用光来精准调控关键共价键——酪氨酸光交联——的形成动力学，从而实现了对多层次空心纳米结构的可控制备。他们的核心发现是：通过简单地调节光照强度，可以在肽的组装体内诱导产生一种前所未有的“共价-超分子梯度”。想象一下，在组装体的不同空间位置，共价交联的程度像山坡一样平缓变化，从密集到稀疏。这种梯度的存在，使得组装体内部产生了精妙的“空间不均匀性”，为研究者提供了前所未有的手段，来精细调控组装体的层次结构和最终形态。更重要的是，利用肽组装体中非共价超分子结构域与共价交联结构域稳定性的差异，研究人员可以选择性地“拆除”那些相对松散的非共价“隔间”。这一巧妙的“拆解”操作，最终催生出了空心纳米颗粒的诞生。令人惊叹的是，通过精确平衡共价域与非共价域的比例，这些空心颗粒的结构参数，如整体尺寸、外壳厚度以及内部空腔的大小，都可以被灵活地“调谐”。基于此，该策略展现出了强大的形貌塑造能力，能够构建出包括表面凹凸不平的胶囊、经典的核壳结构以及更为复杂的蛋黄壳结构在内的多种精巧架构。
为了达成上述目标，研究人员主要运用了几个关键技术方法。首先，最核心的是 光调控动力学控制的共价肽组装，具体通过调节不同强度的光来引发和调控酪氨酸残基之间的光交联反应，从而在时间和空间维度上控制共价网络的生成速率与分布。其次，研究利用了肽固有的 共组装 能力，将带有生物素（biotin）官能团的肽与其他组分共混，以实现功能化。再者，研究者通过 生物矿化 过程，在肽组装体模板上原位生长或沉积金属（如金、铂等），构建金属-肽杂化材料。最后，对于所形成的纳米结构，研究综合运用了包括透射电子显微镜（Transmission Electron Microscopy, TEM）、扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscopy, SEM）以及动态光散射（Dynamic Light Scattering, DLS）在内的多种表征技术，来全面分析其形貌、尺寸分布和胶体稳定性。
本研究的主要结果可以归纳如下：
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光强度调控组装体形态：通过系统改变光照强度，研究人员观察到组装体从均质的实心结构逐渐演变为具有内部异质性和特定中空趋势的结构。高强度光促进快速、均一的交联，倾向于形成更致密的结构；而低强度光允许缓慢的交联与非共价组装之间更充分的动力学竞争，从而有利于内部空腔或梯度结构的形成。
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构建共价-超分子梯度与可调空心结构：可控的光交联动力学成功在组装体内引入了共价交联程度的空间梯度。利用这一特性，并结合后续对非共价作用的选择性解离（例如，通过改变溶剂极性或pH），研究人员能够可控制备出壳层厚度、空腔尺寸可调的空心纳米粒子（Hollow Nanoparticles）。
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实现多样化的高级纳米结构：该方法展现出强大的结构多样性。除了标准的单腔空心球，研究还成功制备了表面具有纳米级凸起的“凹凸胶囊”（Bumpy Capsules）、由不同材料或密度的壳层与核心组成的“核壳结构”（Core-Shell Structures），以及内部含有可移动核心的“蛋黄壳结构”（Yolk-Shell Structures）。
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开发功能化共组装体与杂化纳米酶：利用肽的共组装特性，研究人员将生物素修饰的肽引入体系，构建了生物素功能化的共组装体，并将其用于链霉亲和素（Streptavidin）标记的酶的固定化，展示了其在生物催化领域的应用潜力。此外，通过生物矿化过程，在肽模板上合成了金属（如金、铂）-肽杂化材料。这些杂化材料表现出优异的光热转换性能以及在温和条件下模拟天然过氧化物酶的类过氧化物酶催化活性，可作为多功能纳米酶（Nanozyme）使用。
综上所述，本研究的结论与讨论部分强调了其多方面的重大意义。首先，在基础科学层面，这项工作为层次组装机制提供了关键见解。它清晰地揭示了共价键形成动力学（通过光强度调控）如何作为一种强大的工具，不仅影响最终结构，更能通过在组装体内编程“梯度”来指导多级结构的形成，深化了人们对共价与非共价作用在复杂自组装过程中协同与竞争关系的理解。其次，在方法论上，该研究提出了一种通用的、可调控的制备策略。光作为清洁、远程、时空可控的外部刺激，使得对组装过程的干预变得前所未有的灵活和精确，为制备具有定制化结构的肽基纳米材料开辟了新道路。最后，在应用前景方面，所获得的各类空心及复杂结构纳米颗粒，特别是功能化的共组装体和具有光热-催化双功能的金属-肽杂化纳米酶，在药物递送、生物传感、催化以及能源转换等领域展现出广阔的应用潜力。例如，蛋黄壳结构可用于构建智能载药系统，而具有光热效应的纳米酶则可能用于肿瘤的协同治疗。因此，这项研究不仅推动了肽自组装科学的发展，也为设计下一代高性能、多功能的生物纳米材料提供了创新的思路和实用的平台。
