【转载】贵州大学AFM：多功能超分子胶束
2025-11-04 浏览次数： 10
从头设计的两亲分子到多功能超分子胶束：增强叶面亲和力、有效破坏生物膜并有效控制细菌性植物病害
细菌病原体对全球农业构成严重威胁，这主要是由于生物膜的恢复力和传统农药的叶亲和力差所致。在此，贵州大学王培义团队提出了一种药效团引导的方法，用于工程化整合疏水性𝜶-氨基膦酸酯和亲水性异丙醇胺部分的两亲性分子。几种两亲物自组装成胶束，0.1% 聚氧乙烯 (20) 脱水山梨糖醇单月桂酸酯 (Tween 20) 增强了胶束的稳定性和分散性，从而无需额外的助剂。这些超分子胶束用 0.1% Tween 20 稳定，在植物叶子上的沉积和保留能力增强。在 200 µg mL−1 浓度下，它们对细菌性叶枯病、条斑病、猕猴桃溃疡病或柑橘溃疡病具有 41.61%–58.39% 的防护功效，始终优于传统药剂噻二唑铜 (TC)。其中，F35@Tween 20 以其卓越的叶面亲和力、效力、环境相容性、稳定性和耐雨性而脱颖而出。进一步的研究揭示了其抑制生物膜形成和根除成熟生物膜的双重能力。机制研究表明，生物膜破坏与细胞外多糖产生减少和生物膜相关毒力基因下调同时发生。凭借其明确的作用方式、强大的生物活性以及良好的理化和安全特性，F35@Tween 20 成为农业顽固性细菌感染可持续管理的有前途的候选者。
相关研究成果以题为“From De Novo-Engineered Amphiphilic Molecules to Multifunctional Supramolecular Micelles: Enhanced Foliar Affinity, Potent Biofilm Disruption, and Effective Control of Bacterial Plant Diseases”发表在最新一期《Adv. Funct. Mater.》上。Xianfu Mu为本文的共第一作者。
图文详情
示意图1. A) 具有𝛼-氨基膦酸酯、异丙醇胺或 2,4-二氯苯基部分的代表性分子，以及通过基于药效团的策略设计两亲性化合物。 B）由两亲性分子共同组装的超分子胶束示意图，该胶束可作为生物膜抑制剂，具有良好的叶面亲和力，可用于控制细菌性植物病害。
图 1. F35 的表征表明 0.1% Tween 20 足以稳定胶束。 A) 系列照片显示不同浓度（8、10、12、14 和 16 µg mL−1）的 F35 水溶液及其丁达尔效应。 B) 系列照片显示总浓度为 200 µg/mL 的不同吐温 20 含量（0.00%、0.08%、0.10% 和 0.15%）的 F35 溶液及其廷德尔效应。 C) F35在水溶液中的CMC。D–G) 不同吐温 20 含量的 F35 水溶液的粒径分布：0.00% (D)、0.08% (E)、0.10% (F)、0.15% (G)，浓度为 200 µg mL−1。H) 含有不同百分比 Tween 20（0.00%、0.08%、0.10%、0.15%）的 F35 溶液在 200 µg/mL 下的 Zeta 电位测量 (n=3)。 I) 不含吐温 20、浓度为 200 µg/mL 的 F35 水溶液的 SEM 图像。 J) 含有 0.1% 吐温 20、浓度为 200 µg/mL 的 F35 水溶液的 SEM 图像。 K) 含有 0.1% 吐温 20、浓度为 200 µg/mL 的 F35 水溶液的 TEM 图像。对于图 H)，数据以平均值表示±标准差（SD）。
图 2. F35 与 0.1% Tween 20 共组装的分子动力学模拟。A) 超分子系统的结构演化。 B) 仿真时间内的 RMSD 轨迹。 C) SASA 在模拟过程中发生变化。 D) 系统的 Rg 随仿真时间的变化。 E) 分子间结合能波动。
图 3. C2@Tween 20 和 C3@Tween 20 在水稻叶片上的沉积和保留性能评估。 A) 高速相机图像捕捉水、TC（SC，20%）、C2@Tween 20 和 C3@Tween 20 液滴从 10 厘米高度在稻叶上的反弹动态。 B) 水、TC（SC，20%）、C2@Tween 20 和 C3@Tween 20 液滴的飞溅行为的高速相机图像，全部从 30 厘米的高度释放。C) 根据视频 S1（支持信息）计算出的时间分辨归一化弹跳高度 (Ht/H0)，其中 H0 和 Ht 分别代表初始液滴高度和弹跳期间从液滴顶点到叶表面的垂直距离。 D) 根据视频S1（支持信息），90ms后液滴完成反弹，测量各组分液滴在稻叶表面的铺展直径（n=3）。 E) 测量浓度为 200 µg mL−1 的水、TC（SC，20%）、C2@Tween 20 和 C3@Tween 20 液滴的表面张力（n=6）。 (F) 浸泡后稻叶的保留情况，显示水、TC（SC，20%）、C2@Tween 20 和 C3@Tween 20 在 200 µg mL−1 下的保留情况（n=6）。 G) 照片系列显示 200 µg mL−1 的水、TC（SC，20%）、C2@Tween 20 和 C3@Tween 20 溶液。 H) 水、TC（SC，20%）、C2@Tween 20 和 C3@Tween 20 溶液在 200 µg mL−1 下的接触角测量和润湿和铺展行为的视觉记录。
图 4. F10@Tween 20 和 F35@Tween 20 在猕猴桃和柑橘叶子上的沉积和保留性能评估。 A,B) 高速相机图像捕捉水、TC（SC，20%）、F10@Tween 20（A）和 F35@Tween 20（B）液滴从 10 cm 高度在猕猴桃和柑橘叶（倾斜 60°）上的滑动过程。 C) 滑动实验中液滴最大滑动距离的统计分析(n=3)。D) 测量浓度为 200 µg mL−1 的水、TC（SC，20%）、F10@Tween 20 和 F35@Tween 20 液滴的静态表面张力（n=6）。 (E) 浸泡后叶子的 HLC，显示猕猴桃和柑橘叶子上水、TC（SC，20%）、F10@Tween 20 和 F35@Tween 20 在 200 µg/mL 浓度下的保留量 (n=6)。 F) 照片系列显示 200 µg mL−1 的 TC（SC，20%）、F10@Tween 20 和 F35@Tween 20 的水溶液。G) 水、TC（SC，20%）、F10@Tween 20 和 F35@Tween 20 在 200 µg mL−1 浓度下在猕猴桃和柑橘叶上的接触角测量和润湿和铺展行为的视觉记录。
图5.超分子胶束的体内防治效果评价。 A) 200 µg/mL 的 C2@Tween 20 和 TC（SC，20%）对 Xoc 诱导的水稻细菌性叶条病功效的照片记录。 B) C3@Tween 20 和 TC（SC，20%）在 200 µg mL−1 浓度下对 Xoo 诱导的水稻白叶枯病的功效照片。 C) 视觉记录 F10@Tween 20 和 TC（SC，20%）在 200 µg mL−1 浓度下对 Psa 诱导的猕猴桃溃疡病的功效。 D) 从上述照片确定的保护和治疗效率。
尽管有关于生物膜抑制剂的广泛报道，但能够消除成熟生物膜的农用化学品仍然很少。此外，传统农用化学品通常表现出较差的叶面附着力，导致植物利用率低和环境污染加剧。在这项研究中，我们通过疏水性𝛼-氨基膦酸盐和亲水性异丙醇胺的模块化集成设计了一个两亲性分子库。其中，优化后的分子F35与0.1% Tween 20共组装成超分子胶束（F35@Tween 20），在不影响安全性的情况下表现出较高的体内保护功效。从机制上讲，这些胶束通过选择性抑制生物膜形成或根除预先形成的生物膜来发挥作用。重要的是，F35@Tween 20 表现出增强的叶面附着力，同时其制备避免了对有机溶剂或表面活性剂的过度依赖，仅需要 0.1% Tween 20。因此，这种制备方法减轻了通常与富含化学添加剂的传统农药制剂相关的生态、食品安全和人类健康风险。总之，通过超分子共组装设计的超分子类海胆抗菌剂结合了简便的制备、成本效益、高生物相容性、定制的结构框架、特定的生物膜靶向性和强大的叶面亲和力，从而为农业应用提供了广阔的前景。
通讯作者：
刘空军：遵义医科大学药学院副教授，四川大学生物治疗国家重点实验室药学博士。主要从事靶向小分子药物的设计与开发。研究方向1. 用于炎症性疾病治疗的小分子靶向药物的设计、合成与作用机制研究。2. 用于肿瘤治疗的小分子靶向药物的设计、合成与药效学研究。3. 基于人工智能和计算机辅助的药物设计。
王培义：贵州大学绿色农药国家重点实验室教授，博导，国家级青年人才，系农业农村部神农人才计划成员、贵州省“省级管理专家”、贵州省高层次创新人才——“百级”专家。主要研究方向为绿色杀菌剂的创制、纳米农药及新型制剂的研发。
文献信息： 10.1002/adfm.202513272