上海科技大学钟超研究员团队: 利用智能细菌时空调控无机纳米材料的动态自组装

原创
人物与科研 2018-04-09 09:40 214人阅读

导语

材料是人类赖以生存与发展的物质基础,未来先进材料的合成和制备必然朝着绿色可持续、低耗高产出、精细可调控、高效多功能的方向发展。以“基因调控·工程设计”为核心的合成生物学技术从分子、细胞层面极大地推动了生命科学的发展,也已经并继续为材料科学的发展注入新的思路和活力。近日,上海科技大学钟超研究员团队开发出了智能细菌可时空调控无机纳米材料的动态自组装策略。Advanced Materials, DOI:10.1002/adma.201705968


钟超研究员团队简介


上海科技大学钟超研究员团队: 利用智能细菌时空调控无机纳米材料的动态自组装


钟超课题组成立于2014年7月,目前课题组有助理研究员1名、实验室技术员1名,博士生7名,硕士生6名。当前课题组的研究项目主要包括:(1)工程细菌生物膜活体功能材料及其在生物修复、生物催化、人工光合作用和生物医药中的应用;(2)生物粘合现象和水下粘合材料的开发;(3)基于功能淀粉样蛋白的生物自组装,生物制造以及装置整合。


该团队目前与中科院深圳先进技术研究院合成生物学研究所刘陈立研究员联合招聘博后或助理研究员两名,主要负责两团队的合作项目,提供非常具有竞争力的薪酬待遇,欢迎有意者联系钟教授。

钟超研究员个人简介


上海科技大学钟超研究员团队: 利用智能细菌时空调控无机纳米材料的动态自组装


钟超,上海科技大学物质科学与技术学院研究员、助理教授及博士生导师。2014年学成回国后,先后入选中组部“青年千人计划”、浦东“百人计划”、上海市“曙光计划”等,钟超研究员致力于生物灵感材料、生物纳米技术和合成生物学方法的开发和实际应用。钟超研究员以第一作者或通讯作者的身份在世界顶尖学术期刊Nature Nanotechnology, Nature Communications, Advanced Materials, ACS Nano, ACS Catalysis等发表多篇学术论文。钟超研究员多次在生物材料和合成生物学国际会议上做特约邀请报告。此外,钟研究员曾担任国际生物材料协会年会分论坛主席、国际材料会议(墨西哥会议)分论坛主席,并在2016年世界生物材料大会上担任“合成生物学战略工程生物材料”分论坛主席,2017年9月担任主题为“微生物和微生物组学研究带来的机遇和挑战”的第295期东方科技论坛的会议执行主席。


前沿科研成果:利用智能细菌时空调控无机纳米材料的动态自组装


上海科技大学钟超研究员团队: 利用智能细菌时空调控无机纳米材料的动态自组装

纳米物件的动态自组装(a)、布阵(b)及层层自组装(C)

(来源:Advanced Materials


为了挖掘自然动态自组装体系蕴含的潜力,实现其与合成的自组装体系的完美整合,钟超课题组利用了合成生物学技术对大肠杆菌的生物被膜淀粉样蛋白基因组进行了改造。大肠杆菌生物被膜的主要成分是卷曲纤毛纤维,其主要成分是通过大肠杆菌分泌的CsgA蛋白亚基自组装而成的。首先,课题组通过对大肠杆菌生物被膜CsgA蛋白分泌基因的改造,开发出光控(蓝光)CsgA蛋白表达和分泌的基因线路;其二,通过对CsgA蛋白进行功能修饰,能让分泌的CsgA 蛋白自动识别经过有机小分子配体修饰的无机纳米材料。在光的诱导下,工程改造过的细菌能吐出大量的 CsgA功能蛋白,并在细胞周围自组装形成纳米纤维材料网络,由于生成的纳米纤维在很多界面都具有超强的粘附作用,因而细菌最终能对溶液中的无机纳米材料进行大规模、多尺度并按时空可控的方式在各种界面进行动态自组装。该研究首先证明了单种和多种纳米颗粒在不同基底表面的动态、大规模、多尺度组装。 蓝光光控基因线路的引入则可以控制纳米颗粒的空间布阵,最小的布阵精度可达100 μm。另外,通过控制纳米颗粒的添加顺序,可以实现纳米物件的自动层层自组装。


该团队提出的此项动态纳米物件自组装方法在生物电子、光电器件、生物催化和可穿戴设备方面具有潜在的应用价值。在最初的应用当中,他们利用导电生物被膜制备了叉指电极阵列,并证明其可作为触碰开关装置。该纳米材料动态自组装方法还可用于创造活体功能材料,将无机体系的光电高效性和自然活体体系的催化高选择性结合起来,应用于人工光合作用体。本项研究同时为合成生物学在材料和纳米技术应用的推进提供了一个很好的范例。


该研究成果以“Programming Cells for Dynamic Assembly of Inorganic Nano-objects with Spatiotemporal Control”为题,在国际知名学术期刊Advanced Materials上在线发表。文章的创新性和研究成果得到审稿人和编辑的肯定和推崇。论文入选18年内封面文章,并同时被先进材料编辑推荐在官方网站的视频摘要(video abstract)中进行重点介绍。该研究还得到了上海市科委、上科大科研启动基金、中组部“青年千人”、上海“曙光学者计划”以及国家自然科学基金等基金的支持。


该团队在超分子纳米纤维及生物被膜催化方面也有重要的研究进展,相关研究结果分别在ACS CatalysisDOI: 10.1021/acscatal.7b03445)和ACS NanoDOI: 10.1021/acsnano.7b02298)上


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