基于类核孔蛋白多肽的人工细胞核孔复合体

Nuclear pore complexes are the transport channels across the nuclear envelope of the eukaryotic cell nucleus, with very high selectivity and transport rate. In this proposal, we are going to mimic the structure and functions of the nuclear pore complex via self-assembly by integrating the selectivity of nucleoporins and mechanical properties of polymers. This project will focus on: (1) precision synthesis of the nucleoporin-like polypeptide based block copolymers; (2) self-assembly behaviors of these block copolymers in bulk and thin film states, mimicking the structural characteristics of the nuclear pore complex; and (3) the selective transport of biomolecules, mimicking the functions of the nuclear pore complex. This project will provide a facile bottom up approach to prepare smart separation membranes with high selectivity using synthetic materials, which could be applied in many areas such as drug delivery, molecular filtration, biosensor, and others.

真核细胞核孔复合体是细胞核与细胞质之间物质运输的通道，具有极高的选择性和分离速率。本项目拟将核孔蛋白的高选择透过性与传统高分子材料的工程性质相结合，通过嵌段共聚物自组装模拟细胞核孔复合体的结构与功能。主要研究内容包括：（1）精确可控合成基于类核孔蛋白多肽的新型嵌段共聚物；（2）研究嵌段共聚物在本体和薄膜中的自组装行为，模拟细胞核膜的结构特征；（3）探索生物分子在薄膜中的运输，模拟细胞核膜的功能。本项目的完成将提供一种简易可行的自下而上的方法，用合成材料来制备具有高度选择透过性的智能分离膜。这类材料有望应用于药物递送、分子过滤、生物信号响应等多个领域。

本项目通过化学与合成生物学相结合的方法，从类核孔蛋白多肽出发，设计并合成了一系列具有精确化学结构与单体序列的新型嵌段共聚物，深入研究了这类嵌段共聚物的自组装行为，构建了仿核膜通道结构。在此基础上，系统探究了聚合物的分散性以及单体序列在结构形成与演化过程中的重要作用，为阐明聚合物结构与性能的关系提供了定量的参考。项目执行期间，在J. Am. Chem. Soc., ACS Cent. Sci., ACS Nano, Macromolecules等期刊上发表论文12篇；培养博士研究生3人，硕士研究生5人。