两亲杯芳烃组装体界面多价键合用于生物大分子荧光传感

Macrocyclic amphiphiles, as one family of novel amphiphilic molecules, have gained considerable attention in recent years. The most fascinating superiority of macrocyclic amphiphiles compared to other amphiphiles is the specific recognition site on the surface of assembly – the macrocyclic cavity. As the third generation of supramolecular hosts, calixarene-based amphiphiles have been reported frequently. However, in these works, the pre-organized framework and facile modification of calixarene were engaged, whereas its cavity binding property was unfortunately ignored. Consequently, it emerges to be a significant research topic that exploring the cavity binding property of calixarene on the surface of amphiphilic assembly, and further developing novel functionalized supramolecular systems. In this project, we proposed to construct a series of calixarene-based amphiphilic assemblies, and investigate the host-guest recognition behavior, ultimately to clarify the driving forces and thermodynamic origins of calixarene cavity binding on the amphiphilic interface. Based on these fundamental results, we would carry out the fluorescent sensing of biomacromolecules by the amphiphilic assemblies of calixarenes, which is expected to pave a new avenue for the development of selectively detecting biomacromolecules. This project shows definitely the scientific significance to understand the physicochemical property of calixarene in depth and promote the development of functionalized supramolecular systems based on calixarene.

大环两亲作为一类新型的两亲分子日益受到人们的广泛关注，区别于传统两亲分子的最大特点在于其组装体表面特定识别位点—大环空腔。作为第三代超分子主体，杯芳烃两亲相关研究工作已有诸多报道。这些工作利用了杯芳烃骨架预组织结构和易于修饰的特点，却忽视了杯芳烃空腔性质。因此，深入探讨两亲组装体表面杯芳烃空腔键合性质，进而如何利用其界面识别能力构筑新型功能超分子体系成为目前亟待解决的重要科学问题。本项目拟设计构筑系列两亲杯芳烃组装体，系统考察组装体表面杯芳烃空腔的主客体识别性质，通过与溶液态对比，阐明两亲界面上杯芳烃空腔选择性键合的驱动力、热力学起源。在此基础上，借助界面多价键合效应，开展杯芳烃两亲组装体对生物大分子的选择性荧光传感研究，从而为生物活性大分子的检测提供新的策略和途径。本项目对于深入理解杯芳烃分子理化性质并推动其功能超分子体系的发展具有重要科学意义。

大环两亲作为一类新型的两亲分子日益受到人们的广泛关注，区别于传统两亲分子的最大特点在于其组装体表面特定识别位点—大环空腔。作为第三代超分子主体，杯芳烃两亲相关研究工作已有诸多报道。这些工作利用了杯芳烃骨架预组织结构和易于修饰的特点，却忽视了杯芳烃空腔性质。因此，深入探讨两亲组装体表面杯芳烃空腔键合性质，进而如何利用其界面识别能力构筑新型功能超分子体系成为目前亟待解决的重要科学问题。本项目设计合成了14个两亲杯芳烃衍生物，为开展两亲杯芳烃组装体界面多价键合用于生物大分子荧光传感研究工作奠定了分子基础。考察了两亲杯芳烃的组装性质、界面识别性质以及络合荧光探针分子导致的光物理行为变化，为开展生物活性分子荧光传感研究工作提供了便于监测的指示剂置换分析方法。进而，系统开展了生物活性大分子以及生物活性小分子的荧光检测工作。同时，拓展了两亲杯芳烃组装体对生物活性大分子识别的其它功能。重要进展包括：（1）杯芳烃在界面上表现出与溶液中迥然不同的识别性质和热力学行为，详细分析了杯芳烃界面识别的选择性及其热力学起源，加深了对界面识别机理的认识；（2）详细考察了两亲杯芳烃对各种荧光分子的主客体识别行为以及主客体络合导致的光物理行为变化；（3）构建了一种免标记的荧光检测激酶方法，利用超分子串联检测方法实现对疾病相关酶及底物的检测，构筑了利用杯芳烃传感阵列对粘多糖的区分检测；（4）指示剂置换分析用于生物活性小分子的荧光检测，包括溶血磷脂酸、氧化三甲胺、全氟辛基磺酸和全氟辛酸等；（5）两亲杯芳烃对生物活性大分子的识别及其它功能探索，包括抑制蛋白纤维化、蛋白跨膜转运和肝素逆转解毒等。本项目综合利用杯芳烃易于修饰、骨架预组织和空腔键合的多重特性，并根据此三大特点将分子识别和组装相互融合，构建出充分体现杯芳烃价值和特色的超分子新体系，并开发了多种生物医药功能，对于推动超分子体系向功能化发展具有重要科学意义。