新型水溶性聚多肽的制备、液晶相结构及其自组装行为的研究

The development of water soluble polypeptides and their highly ordered self-assemble structures is very important for their applications as biomedical materials. In this project, we are going to design and synthesize a series of water soluble polypeptides and main/side chain polypeptides based on poly(L-glutamate). We will systematically investigate the relationship between their molecular structures and ordered structures, and also explore the effect on their secondary structures and liquid crystalline phase behaviors by incorporating the biphenyl mesogens. The structure parameters, such as the quantity and position of the substituents, the length of the flexible linkers and hydrophilic tails, will be tuned to control their phase behaviors in solution. Furthermore, random or block copolypeptides base on these new polypeptides will be synthesized to adjust their self-assemble behaviors in solution, so that, these polymers can be readily used as biomedical materials.

水溶性聚多肽及其有序自组装结构对于生物医用高分子材料的发展至关重要。本项目通过分子设计和结构参数的调控，制备基于聚（L-谷氨酸酯）的柱状水溶性聚多肽以及主/侧链相结合的水溶性聚多肽。系统的研究该类聚合物分子结构与其有序性的关系，探讨刚性液晶基元的引入对其溶液中的次级结构和液晶相行为的影响。通过改变侧基取代基的数量和位置、柔性间隔基和亲水尾链的长度，以及通过无规共聚、嵌段共聚的方法来调控聚合物在水溶液中的液晶相结构和自组装行为，从而推动这类聚合物在生物医用高分子材料领域中的应用。

聚多肽具有良好的生物相容性质和独特的次级结构（如α-螺旋和β-折叠结构），其中α-螺旋结构对聚多肽的有序排列十分重要。然而，水溶性聚多肽的种类还较少，而且人们对于水溶性聚多肽的分子结构与其本体液晶和溶液性质的关系的认识和理解还不够深入。本项目主要从三个方面来进行：（1）柱状水溶性聚多肽的设计、合成及其液晶相结构的调控；（2）主/侧链结合型的水溶性聚多肽的制备及其液晶相结构的研究；（3）基于新型水溶性聚多肽的无规或者嵌段共聚物的制备及其自组装行为的研究。系统的研究分子结构参数（如分子量、取代基、亲水尾链、间隔基以及液晶基团等）对聚合物的次级结构、液晶性质以及溶液性质的影响。寡聚乙二醇尾链的引入有利于提高聚合物的水溶性并使聚合物在水中或者醇中具有温敏性质，但是它的存在不利于柱状聚合物的分子排列成有序结构。利用主/侧链结合的方法能够得到具有多层次有序结构的液晶聚合物，寡聚乙二醇尾链的长度越短、聚合物的主链越长，聚合物的排列越有序，但水溶性越差；增加尾链长度能显著提高聚合物的水溶性，但同时也破坏了聚合物的有序排列。当聚多肽的聚合度大于20时，它们在本体和溶液中都具有α-螺旋的次级结构；寡聚乙二醇尾链或者刚性液晶基元的引入有利于稳定α-螺旋结构；聚合物的主链长度越长，螺旋度越大。利用无规共聚的方法能够得到兼具水溶性和液晶性质的聚多肽。本项目中所采用的合成方法为制备新型柱状水溶性聚多肽和新型主/侧链结合型液晶聚多肽提供了新思路，此外，本项目中所制备的水溶性聚多肽和液晶聚多肽不仅丰富了水溶性聚合物和液晶聚合物的种类、有利于推动这两类聚合物在生物医用高分子材料领域中的应用，而且基于这些聚合物的结构与液晶和溶液性质的关系对相关功能聚合物的分子设计具有指导意义。