棒状M13病毒作为一种生物纳米颗粒,具有单分散的纳米尺度结构、可通过化学和基因手段进行表面化学改性及能够自组装成超螺旋结构等特点。将聚合物修饰到病毒表面构建的聚合物-生物大分子耦合物,有效集成了聚合物和病毒各自的优势,扩展了其在生物、化工等领域的应用范围。同时,M13病毒可以作为胶体颗粒模型应用于软凝聚态物理,尤其是作为液晶基元应用于棒状胶体颗粒的溶致液晶理论研究中。本文系统研究了聚合物修饰对病毒的溶致液晶行为及热稳定性的影响,旨在更好地理解棒状病毒手性液晶相的起源及调控其热稳定性。首先,本文发展了一种在病毒表面进行高密度聚乙二醇(PEG)接枝的方法。在高离子强度或高溶液浓度条件下,高密度PEG接枝后的病毒只能形成向列型液晶相。不同层次的衣壳蛋白的结构表征结果表明,高密度聚合物链之间强烈的空间排斥作用,驱动了病毒表面衣壳蛋白二级结构和蛋白间堆叠组装结构的改变,这可能是导致其呈现向列型液晶相的根本原因。另外,在整个离子强度范围内,高密度PEG接枝后的病毒其各向同性相(Isotropic)到向列型液晶相(Nematic)转变(I-N)的临界浓度独立于离子强度变化,这是因为高密度聚合物的接枝导致了病毒的有效直径(Deff)不再随溶液的离子强度变化而变化。其次,本文研究了不同分子结构的聚合物在低接枝密度时对M13病毒展示的液晶行为的影响。本文将两种常用的聚合物(聚乙二醇(PEG)和聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAM))分别接枝到病毒表面并考察了相同溶液条件下其各自的液晶相行为。结果表明,当溶液浓度超过I-N相转变浓度后,PEG接枝后的病毒在整个离子强度和浓度范围内均能形成手性液晶相。而PNIPAM接枝的病毒形成的液晶相依赖于病毒的浓度和离子强度:在较低离子强度及低浓度的特定区域内形成手性液晶相,除此之外PNIPAM接枝的病毒只能形成向列型液晶相。对衣壳蛋白多级结构的表征结果表明,室温下PNIPAM已经开始塌缩。不仅降低了PNIPAM接枝后病毒的有效直径,同时塌缩的聚合物在病毒表面形成了相互吸引的疏水微区,促使病毒倾向于平行排列,导致了PNIPAM接枝后的病毒呈现手性液晶相到向列型液晶相的转变。最后,本文探讨了不同分子结构的聚合物修饰对M13棒状病毒热稳定性的影响。首先考察了不同温度条件下,不同聚合物修饰前后病毒的形貌变化。结果表明,高温加热后PEG接枝后的病毒仍能维持一定程度的形貌完整性,而PNIPAM修饰后的病毒,却很难维持完整性的形貌,病毒断裂成碎片。其次对衣壳蛋白多级结构的热稳定性变化进行了考察。亲水性PEG的接枝能增强病毒衣壳蛋白结构热稳定性,而温敏性PNIPAM的修饰,则降低了病毒衣壳蛋白的热稳定性。随后考察了聚合物修饰前后病毒生物活性热稳定性的变化。结果表明,PEG修饰后的病毒其生物活性热稳定性增强。这是因为PEG具有良好的亲水性及生物相容性,进而增强病毒溶液的热稳定性。而随温度升高,聚合物PNIPAM会发生疏水性塌缩,在病毒表面形成疏水性小球,小球之间产生的相互吸引力能够增强病毒衣壳蛋白的热致解旋过程,进而降低病毒的热稳定性。