光合作用是维持地球生命的重要过程，其能量传递机制可以通过荧光共振能量转移来阐明。在这一过程中，荧光供体和受体通过长距离偶极-偶极相互作用实现能量传递。构建人工光捕获系统有助于探索和模仿自然光捕获系统，并有望为能源危机提供潜在解决方案。通过蛋白质的自组装所构建的结构为人工光捕获系统的构建提供了理想的模板和骨架，因为它们能够有序地排列色团，并有效防止染料因聚集而产生的猝灭效应。蛋白质的可编程性和设计性以及它们灵活的组装策略使得基于蛋白质的模板构建能够实现多样化和功能化的构建，使其成为构建人工光捕获系统的理想模板纳米材料。

刘俊秋教授团队基于在蛋白质自组装领域的长期研究积累，该团队近期对相关方向进行了系统性总结。首先，文章系统梳理了蛋白质自组装的驱动机制与可控组装策略；随后，重点介绍了该团队近年来基于多态性蛋白质组装模板构建人工光捕获体系的研究进展，深入探讨了不同蛋白质模板结构对能量传递效率与路径的调控规律；最后，展望了蛋白质与纳米技术界面科学相结合来设计未来光捕获所面临的挑战以及提出的可能策略（图1）。

图1. 基于蛋白质组装的人工光捕获设计策略。

  鉴于蛋白质具有高度可编码和可设计的特性，以及其在纳米尺度上结构的确定性和精细性，该团队提出了“利用蛋白质组装体作为模板来构建人工光捕获”的策略。蛋白质模板骨架可以通过非共价（静电、金属螯合、主客体相互作用）和共价相互作用来构建。此外，蛋白质组装和解组装的动态过程非常重要，灵活的蛋白质组装和构建策略能够模拟适应性自然光合系统的自我调节功能。基于“能量汇聚”步骤的传递机制，蛋白质自组装的不同维度在人工光捕获的构建中表现出其特定特征。一维蛋白质自组装具有线性排列的发色团分子，具有线性能量传递，模仿光捕获天线（图2）。相比之下，二维蛋白质骨架为发色团或色素分子提供了更多多方向的能量传递路径，避免了由于个别位置缺陷导致的整体传递中断（图3）。此外，该团队还发现，蛋白质所采用的各种组装策略使得其组装结构能够受到刺激响应机制的调控。这种机制能够调节能量传递的效率，进而控制人工光捕获在模型反应中的催化性能。总之，蛋白质的自组装不仅实现了染料分子的稳定和有序排列，还能通过调控其组装程度来控制能量传递。

图2. 基于一维蛋白质纳米线的人工光捕获系统。

图3.基于二维蛋白质纳米片的人工光捕获系统

该综述发表在Accounts of Materials Research上，课题组联合培养博士后李逸佳和田瑞桢为该论文的共同第一作者，刘俊秋教授和王婷婷副教授为该论文的通讯作者。该研究工作得到了国家科技部重点研发计划、国家自然科学基金及杭师大科研启动经费等项目的联合资助。

  论文链接：

    //pubs.acs.org/doi/10.1021/accountsmr.5c00187