二肽超分子自组装的调控、机理与应用

本项目以苯丙氨酸二肽和Fmoc-苯丙氨酸二肽为研究对象，开展二肽自组装调控，自组装过程表征与机理分析，组装体应用开发等研究。①调控:利用溶剂效应、添加剂作用、表面协助及多种组合方式调控二肽自组装行为，考察组装条件对自组装过程的影响规律，确定影响自组装体结构的关键因素；②表征:组合原子力显微镜、电镜、光谱、波谱等分析技术对二肽自组装材料的结构和性能进行系统表征，明确材料微观结构与宏观功能的关系；③机理:通过实验分析跟踪二肽自组装过程，结合分子模拟方法剖析二肽自组装机理，建立二肽自组装模型，揭示分子团簇结构、分子间相互作用力的动态变化过程，深刻理解二肽自组装体成因；④应用:构建基于二肽自组装材料的酶电极、酶促量子点荧光探针、药物传递及组织细胞培养系统，探索自组装材料在传感器及生物医学领域的潜在应用。本项目的研究方法和成果对多肽超分子自组装调控、过程与机理研究及应用开发具有理论指导意义。

本项目以苯丙氨酸二肽及其衍生物为研究对象，针对二肽自组装材料结构、功能单一的问题，综合运用化学、化学工程、界面物理等领域的理论知识和实验方法，通过引入溶剂效应、分子间相互作用以及界面效应等，调控二肽分子的多级自组装，合成具有不同尺度、结构精确可控的肽基功能自组装材料，包括纳米囊、纳米/微米管、纳米螺旋、微米花、微囊、薄膜、糖/肽复合凝胶等，并组合多种表征手段以及分子动力学模拟手段，获得二肽自组装材料结构模型，揭示其自组装机制。相关研究不但为二肽分子多尺度调控提供理论及实验指导，而且进一步拓展、强化了肽组装材料在传感检测、生物医药等领域的应用。具体研究中：.①利用溶剂-界面协同作用调控苯丙氨酸二肽的多级自组装，合成结构更为均一的肽组装材料，如纳米囊、纳米线、微米管等；并在分子设计的基础上，利用溶剂效应合成具有氧化还原响应特性的新型二肽自组装水凝胶以及具有高度手性的螺旋纳米带，在传感检测及生物医学等领域具有很好的应用前景；.②利用分子间相互作用，通过引入多糖、酶、对离子等，调控氨基酸及二肽衍生物的多级自组装，合成具有不同尺度且性能优良的肽基功能复合材料，包括糖/肽复合凝胶、酶-氨基酸衍生物复合凝胶以及七种具有不同形貌特征的纳米螺旋（如纳米麻花、螺旋纳米管、纳米弹簧等），考察了相关材料在药物缓释及手性检测领域的应用，并组合分子动力学模拟、光谱分析、X-射线单晶结构解析等，对组装体结构进行表征，揭示了分子间静电相互作用、氢键、酶-底物识别作用等在调控二肽自组装过程中的关键作用机制；.③以界面（固-液、液-液界面、射流边界层）为模板，并利用界面毛细力、卷吸效应等界面驱动力，调控二肽分子在界面处的传质与自组装过程，合成具有不同尺度且结构精确可控的肽基自组装材料(“蒲公英”微米花、薄膜、中空微囊、微米纤维等)，构建了相关材料在药物缓释、传感检测领域的应用体系，并组合多种表征手段，证明界面协同作用在调控二肽多级自组装过程中发挥着至关重要的作用。.研究成果发表SCI论文13篇（12种学术刊物）。培养博士生 2名，硕士生 2名；参加国内外会议 10次，并做口头报告/墙报 4次。