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IF 29.2!天津大学齐崴、王跃飞团队综述:多肽分子手性自组装,设计具有更强化学和生物功能的超分子聚合物
文章来源:高分子科学前沿     点击数: 次     更新时间:2021-10-12 16:11

 手性是生物系统中最重要的结构特征之一。多肽作为一类生物小分子,可以自组装成具有不同结构和功能的手性超分子聚合物(Chiral supramolecular polymers),在催化、传感、光学和医药等领域具有广泛应用。通过在纳米、微米和宏观尺度上精确调控多肽分子的手性自组装过程,可以获得具有优异化学和生物功能的超分子聚合物。

 

近期,天津大学化工学院资源绿色化工与新材料团队在Progress in Polymer Science (JCR一区,IF 29.2)上,以“Chiral Self-Assembly of Peptides: toward the Design of Supramolecular Polymers with Enhanced Chemical and Biological Functions”为题,发表综述论文,天津大学化工学院博士研究生申雨禾为论文第一作者,王跃飞副研究员、齐崴教授为论文通讯作者。该论文重点综述了多肽自组装过程中手性从分子尺度到纳米、微米和宏观尺度的放大、转移及其调控机制,对手性在决定多肽超分子聚合物的结构和功能中的重要作用进行了全面总结(图1)。

 

图1. 多肽手性自组装结构及其应用的示意图

 

通过合理控制肽单体的手性自组装,可以在多级尺度上形成高度有序的手性结构,进而获得具有优良性能的超分子聚合物,包括纳米螺旋、纳米管、液晶、凝胶、薄膜等(图2)。

 

图2. 多肽在不同条件下自组装形成的多尺度超分子聚合物

 

由于独特的结构特征、生物相容性、易于化学修饰和刺激响应性,多肽手性纳米结构在化学和材料科学领域具有广阔的应用前景(图3),例如:手性催化、手性传感和分离、手性合成模板和手性光学等。此外,随着纳米生物技术在生物医学领域的快速发展,越来越多的研究表明,多肽超分子手性对自组装结构的生物活性有很大影响,通过合理设计手性结构,可以提升其生物活性,进而更好地应用于药物缓释、抗癌、抗菌、组织工程等领域。

 

图3 手性自组装肽在化学、材料科学和生物医学领域的广泛应用

 

近年来,齐崴、王跃飞团队在多肽自组装领域开展了一系列研究工作,创新性提出对离子诱导、金属配位、界面诱导(“咖啡环”效应)等组装策略,实现了不同尺度多肽手性功能结构的精准可控制备,获得了手性纳米螺旋(J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 7869, 亮点文章、ACS Nano 2018, 12, 12305、J. Colloid Interf. Sci. 2020, 578, 218)、刺激响应型水凝胶(J. Colloid Interf. Sci. 2021, 583, 234、J. Colloid Interf. Sci. 2020, 577, 388)、液晶(Chem. Mater. 2018, 23, 5168)、纳米螺旋阵列(ACS Nano 2021, 15, 9827)等多种手性纳米结构,并构建了相关材料在仿酶催化(ACS Catal. 2021, 11, 5839、Appl. Catal. B. Environ. 2019, 254, 452)、手性光学(Nano Lett. 2021, 21, 6406, 封面论文)、生物医药(Angew. Chem. Inter. Ed., 2018, 57, 14228,内封面论文、ACS Appl. Mater. Interfaces 2020, 12, 31830)等领域的应用体系。对多肽手性自组装过程的研究,不仅能让我们从分子和超分子的角度深入理解生物体结构的形成机制,而且还能够为我们制备具有多层次结构和优良性能的超分子聚合物提供有益指导,进而强化相关材料在化学、材料、生物、医药领域的应用。

 
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