【研究背景】

半导体硫化铜纳米粒子（Cu_2−xS, x=0‒1）是一种p型半导体材料，具有局部等离子体共振效应，广泛用于催化、拉曼增强，特别是在肿瘤治疗诊断上的研究。近年来，粒径小于5 nm的超小硫化铜纳米颗粒因其较好的生物安全性、低成本，得到了越来越多的关注。最近，江南大学胥传来教授团队以手性分子青霉胺为配体，制备了超小粒径的手性硫化铜纳米粒子，在660nm的偏振光下，对牛血清白蛋白分子产生特异性的剪切效应。研究工作以 “Chiral Semiconductor Nanoparticles for Protein Catalysis and Profiling” 为题发表在Angewandte Chemie, 2019, DOI: 10.1002/anie.201902673上。

【工作介绍】

手性Cu_2-xS半导体纳米晶的制备方法及其蛋白质剪切能力：

1、 研究团队以青霉胺（Pen）做为手性配体，通过水相反应，制备获得了尺寸为4±0.5 nm的分散性良好、性质均一手性纳米Cu_2-xS颗粒，热重分析表明，手性分子青霉胺占比达21.7%；不对称因子高达0.01。手性Cu_2-xS颗粒在608nm 和863nm展现出特征圆二色吸收峰。

2、 将手性Cu_2-xS半导体纳米颗粒与牛血清白蛋白（BSA）溶液混合，在660 nm 下以10 mW/cm²的功率辐照，对产物进行电泳表征，发现BSA被剪切为～61kDa和～5kDa的片段，L- Pen 配体修饰的手性硫化铜纳米粒子在左圆偏振光（LCP）展现出最强的剪切效应，12小时内的光剪切效率达79%。深入研究表明，在光激发下，手性Cu_2-xS半导体纳米颗粒产生羟基自由基，从而产生了类似于蛋白水解酶的剪切效应。微量热试验表明，该手性Cu_2-xS颗粒与底物分子—完整BSA蛋白分子的亲和常数达3×10⁵，远高于其他非靶标分子。而以其他分子如巯基乙酸、半胱胺、3-巯基丙酸等为配体制备的Cu_2-xS纳米晶均无法对BSA蛋白分子产生特异性的剪切作用。

【图文详情】

图1. （A）手性Cu_2-xS半导体纳米材料的TEM图像。 （B）L-QD的XRD光谱。 L-QD的XPS光谱：（C）Cu 2p，（D）S 2p。

 图2. （A）手性Cu_2-xS半导体纳米材料的CD光谱。 （B）在不同浓度的青霉胺配体存在下制备的Cu_2-xS纳米材料的CD光谱。

图3. （A）SDS-PAGE图显示手性Cu_2-xS半导体纳米材料催化BSA的剪切具有光源依赖性；（B）PL光谱；（C）光照不同时间后的蛋白产物的CD光谱。（D）剪切BSA后的Cu_2-xS半导体纳米材料的TEM图；（E）光反应后手性Cu_2-xS半导体纳米材料中Cu 2p的XPS光谱与（F）CD光谱。

图4. （A）不同光照条件下手性Cu_2-xS半导体纳米材料中ROS产生的统计图。（B）通过电子顺磁共振（EPR）光谱检测羟基自由基。（C）SDS-PAGE结果：在LCP照射下用手性Cu_2-xS半导体纳米材料催化裂解BSA的机理结果。（D）手性Cu_2-xS半导体纳米材料的循环剪切能力。

【点评】

1、 通过对半导体材料的尺寸、形貌及激发态下光生空穴与电子的复合效率的人工控制，可以调制纳米材料的发光的频率、强度等，从而发展了具有类似天然蛋白酶效应的光剪切工具，实现了特异蛋白质分子的均相催化。

2、 手性分子与无机纳米颗粒的耦合，发展杂化材料，实现了手性从分子尺度向纳米尺度的跨越, 在为光学、生物催化等领域带来新的机遇。

Changlong Hao, Rui Gao, Yue Li, Liguang Xu, Maozhong Sun, Chuanlai Xu, Hua Kuang^* Chiral Semiconductor Nanoparticles for Protein Catalysis and Profiling, 2019, DOI: 10.1002/anie.201902673.

The article is available from https://doi.org/10.1002/anie.201902673