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作者：张文静，李明，周维，张先恩，李峰
单位：中国科学院武汉病*研究所，生物安全大科学研究中心，病*学国家重点实验室；中国科学院生物物理研究所，生物大分子科教融合卓越中心，生物大分子国家重点实验室；中国科学院大学
引用：张文静,李明,周维,张先恩,李峰.基于病*组件的纳米材料的自组装合成、功能化及应用[J].合成生物学,,1(3):-
DOI：10./-.-
病*在传统意义上是感染性病原体。同时，病*也是蛋白质、核酸等生物大分子的有序组装体，处于典型的几十到几百纳米尺寸范围，近年来在材料学等交叉学科领域引起广泛兴趣。从材料学的角度，病*衣壳具有形状大小均一、结构可寻址、易于修饰改造、易于生物合成、生物相容性好等诸多优点。本文介绍了基于病*组件的纳米材料的结构特性，基因工程、化学修饰、生物矿化和自组装等生物合成及功能化策略，以及在生物医学成像、生物传感、核酸及药物递送、疫苗与免疫调节剂、组织工程、纳米反应器、微电子元件、纳米光子学等不同领域的应用。当前基于病*组件的纳米材料研究在病*纳米颗粒的理性设计、（多级）组装的精准控制、免疫原性调控、活体高效靶向递送、稳定性等方面还有诸多难题亟待突破。强化学科深度交叉、攻克这些难题、推动实际应用与转化则代表了病*纳米材料领域的发展方向。
生物体系中存在大量精巧的生物大分子组装体纳米机器，它们参与生命周期的各个过程，对生命过程的正常发生至关重要。研究这些天然纳米机器的组装与功能，促进人们对生物大分子组装体的理解以及再设计、再合成、再利用。其中，病*是一类典型的生物大分子组装体，具有纳米尺度的大小、精确的三维结构，执行明确的生物学功能，是通过分子自组装合成纳米材料的天然范例，吸引了越来越多不同领域的学者和开发者的注意。病*学与纳米技术的交叉，产生了病*纳米技术这一新兴领域。围绕基于病*颗粒的纳米材料，人们发展了基因工程、化学修饰、组装、矿化等各种不同的功能化改造手段，进而应用于生物递送、免疫学、生物传感、酶学、微电子学等各个领域。
1病*的结构
病*是最简单的生命形式，普遍存在于不同等级的生物体中，按照其感染对象，可分为动物病*、植物病*、细菌病*（又称“噬菌体”）和真菌病*。病*的基本结构由蛋白质外壳（即衣壳）和封装于其中的基因组核酸组成，包膜病*衣壳外部还具有磷脂膜结构。病*衣壳按形态可分为球形、棒状、丝状、蝌蚪状等（图1）。球形病*衣壳具有正二十面体对称性，而棒状及丝状病*衣壳具有螺旋对称性，蝌蚪状病*具有复合对称性，如T4噬菌体既有正二十面体对称性的衣壳头部，又有螺旋对称性的尾鞘。正二十面体病*衣壳的蛋白质亚基数量和排布可以由三角剖分数（T）表示，T越大粒径越大。很多病*的衣壳蛋白可以发生可逆自组装，形成与病*衣壳类似的结构，即病*样颗粒（virus-likeparticle,VLP）。病*粒子和VLP都可称为病*纳米颗粒（virus-basednanoparticle,VNP），作为构建复合纳米结构和材料的组件。
图1 VNP举例
（STMV、CCMV、SV40、HPV、P22结构模型从