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徐海教授科研團隊在多肽自組裝研究方面取得系列進展
發佈時間:2020-11-27 17:06:07點擊數:字號:
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會議報告人 審核人 蔣大森
學術報告 簡介

近日,我校化學工程學院徐海教授領銜的生物界面與材料研究團隊在多肽自組裝驅動力協同作用機制與分級組裝調控研究方面取得系列進展。相關成果分別發表在化學類頂級綜述Coordination Chemistry Reviews和化學類TOP期刊Small上。成果第一作者均為生物界面與材料研究團隊博士研究生李潔,共同通訊作者為化學工程學院教授王繼乾、呂建仁和徐海,中國石油大學(華東)為第一署名單位。該系列成果得到國家自然科學基金資助。

自組裝是自然界構築有序結構和複雜功能的重要策略,也是近二十年來跨越多個學科的研究熱點。自組裝研究不僅有助於揭示自然界的奧祕,而且在此基礎上人們可以師法自然,通過自組裝途徑人工構築具有新穎結構的功能材料。在諸多組裝基元中,多肽分子自組裝近年來受到廣泛關注,除了其固有的生物相容性和生物可降解性外,還可以通過合理的序列設計賦予其特定的性質和功能。一些多肽自組裝體系在組織工程、再生醫學、藥物釋放、腫瘤治療、生物成像等領域業已顯示出潛在的應用價值。與傳統的有機小分子和合成聚合物相比,多肽分子特有的結構特徵,例如多肽主鏈肽鍵的重複排列、側鏈官能團的多樣化以及α-碳的手性,賦予了多肽分子間豐富的相互作用力。這些組裝驅動力包括氫鍵、靜電作用、疏水作用、π-π相互作用、金屬離子配位作用等。儘管多肽自組裝被普遍認為是一個分級組裝過程(hierarchical self-assembly),但對於各種驅動力在組裝過程的作用和地位,以及它們之間的協同作用模式,目前還缺乏一個較為清楚的認識,從而限制了對多肽自組裝過程、組裝體結構和功能的有效調控。

基於此認識,生物界面與材料研究團隊在前期短肽自組裝調控機制研究的基礎上,設計了一組含有28個氨基酸殘基的α-螺旋肽,通過圓二色性光譜儀、原子力顯微鏡、小角中子散射等技術並結合分子模擬手段,研究了α-螺旋肽的自組裝過程。工作系統展示了氫鍵、疏水相互作用、靜電相互作用和金屬離子配位等四種組裝驅動力在多肽自組裝過程中的協同作用機理和多肽的分級組裝機制。通過對不同驅動力在不同組裝層級上的合理調控,得到了不同形貌和結構的納米組裝體。

題為《類表面活性劑多肽:分子的設計、可控組裝和應用》 (Surfactant-like peptides: From molecular design to controllable self-assembly with applications)發表在化學類頂級綜述Coordination Chemistry Reviews上,該綜述以20種常見氨基酸的理化性質為切入點,詳細描述了類表面活性劑短肽(Surfactant-like peptides或SLP)的設計規則和可控組裝,包括氨基酸的取代、分子序列的改變、分子的長度、氨基酸的手性和組裝體溶劑等,以及多肽組裝體在細胞培養、抗菌和抗癌治療,藥物遞送和控釋,仿生礦化和納米加工,止血和膜蛋白穩定化等方面的應用。這篇綜述不僅為SLP的研究做了全面的介紹,還為後續進行SLP的基礎研究和開發提供了重要的參考。

題為《通過α-螺旋肽的設計和分級組裝製備納米纖維組裝體》(Ordered Nanofibers Fabricated from Hierarchical Self-Assembling Processes of Designed α-Helical Peptides)發表在在化學類TOP期刊Small上,並被選為封面文章。同時,該成果被Wiley MaterialsViews中國作為研究亮點進行了報道。這項研究工作提供了一類具有通用性的分子自組裝模型,設計的螺旋肽分子基於一個自身互補的氨基酸序列,與雙肽分子的組裝系統相比,這樣的設計方式允許更便捷的在氨基酸序列中引入功能性氨基酸殘基,可以更加有效地指導多肽自組裝過程和製備功能性納米組裝體。該工作為生物超分子功能體系的分級構築提供了可以借鑑的策略,如納米原纖維的分級組裝、含金屬離子活性中心的多肽組裝體等,這些組裝結構可用於生物功能材料和仿生催化等領域。審稿專家高度評價了多肽的分子設計策略,認為將不同的非共價驅動力引入了單個多肽序列中,可以根據它們對自組裝的影響系統比較不同非共價相互作用的影響。同時也認為在多肽跨尺度自組裝特性研究中,作者所開發應用的一系列實驗方法具有很好的創新性。這一工作有助於系統理解自組裝驅動力之間的關係和分子相互作用機理。

徐海教授領銜的生物界面與材料研究團隊一直致力於多肽分子自組裝及功能化的研究,特別是短肽自組裝手性傳遞規律、多肽分級組裝機制和肽基超分子生物材料等方向的研究。該團隊在國家自然科學基金的持續資助下,累計在《自然-通訊》(Nature Communications)、《美國化學會雜誌》(Journal of the American Chemical Society)、Small等期刊發表一百餘篇高質量學術論文,授權發明專利二十餘項,開發了多項生物材料原創性技術。累計培養了近百名博士、碩士研究生,大部分已經成長為高校教師、高新技術公司的骨幹。

論文鏈接:

//www.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.202003945

//www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0010854520303209

Wiley MaterialsViews中國:

//www.materialsviewschina.com/2020/10/49762/

【 作者:淡天俊 單寶來 來自:化學工程學院 科技處  責任編輯:姜洪明 審核:蔣大森】

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