由糖与其特异性蛋白分子的识别作用调控的大分子自组装研究

非共价键连接的大分子胶束(NCCM)研究是大分子自组装领域的重要分支。在本项目中，我们将分别制备端基带有苯硼酸分子的疏水性高分子链与含有单糖单元的亲水高分子，继而利用硼-糖之间的分子识别作用将这两者组装成大分子非共价连接胶束(NCCM)。该硼-糖分子识别作用通常被称做硼-糖动态共价键，它具有普通共价键所不具备的可逆特性，因此带有典型的非共价键特征，是一类新被认识和利用的特殊相互作用。进一步地，该胶束溶液中可加入与糖有特异性键合行为的凝集素蛋白，利用糖与该蛋白间较强的键合能力，破坏硼-糖动态共价键，使胶束解离。最后利用另一种与该种蛋白有超强结合能力的竞争糖，使原胶束再度聚集。作为传统的氢键、金属-配体、包结络合等非共价弱相互作用的重要补充，硼-糖动态共价键首次作为NCCM的驱动力参与胶束的形成过程。同时，这也是首次使用糖与蛋白的特异性分子识别作用控制大分子胶束的聚集-解聚-再聚集过程。

本课题按原定计划，通过非共价链接胶束的大分子自组装方法，制备了内外表面密集覆盖了含糖聚合物的囊泡结构。随后，我们第一次使用动态光散射技术研究了此囊泡和蛋白之间的分子识别作用，所得结果和糖生物学已有结果相吻合。此方法的优势在于蛋白不需荧光标记，而且是一种完全在溶液中的实时监测手段。由此，我们不仅实现了利用苯硼酸-糖的动态共价键制备大分子组装体的目标，而且发挥了组装体中糖的生物功能，将该囊泡组装体提升到模拟细胞表面糖萼结构的层面上。在此过程中我们摸索了一条新的制备糖可聚合单体的5步连续合成路线，其特点是糖具有明确的β-构型，而非异头碳的混合物，酰胺键的引入避免了文献已有类似结构中不可避免的副反应。此外，我们还研究了用于模拟糖萼囊泡组装的疏水聚合物的温度敏感机理(2011年Polymer中国最佳文章)，因此陈国颂和江明共享了第6届冯新德高分子奖。随后，我们使用能识别糖的凝集素蛋白质作为组装基元，和甘露糖修饰的环糊精、PEG，通过双重分子识别作用构筑了纳米组装体和水凝胶；并使用新合成得到的邻羟甲基苯硼酸半酯聚合物，实现了对糖的pH中性响应，并进一步实现了一个文献中尚未实现的双刺激胶束原位核壳反转，对其机理进行了深入研究。在项目执行期间，陈国颂晋升为副教授。