多肽分子自组装

源于自然界中广泛存在的蛋白质自组装现象,近年来多肽的自组装逐渐成为材料学和生物医学等领域的研究热点.通过合理调控多肽的分子结构以及改变外界的环境,多肽分子可以利用氢键、疏水性作用、π-π堆积作用等非共价键力自发或触发地自组装形成形态与结构特异的组装体.由于多肽自身具有良好的生物相容性和可控的降解性能,利用多肽自组装技术构建的各种功能性材料在药物控制释放、组织工程支架材料以及生物矿化等领域内有着巨大的应用前景.本文总结了近年来多肽自组装研究的进展,介绍了多肽自组装技术常见的几种结构模型,概括了多肽自组装的机理,并进一步阐述多肽自组装形成的组装体形态及其在材料学和生物医学等领域里的应用.     

金纳米棒自组装的研究进展

金纳米棒具有独特的光电性能,其自组装形成的功能组装体能够展现出更加优异的整体协同性能,在纳米材料科学和生物医学领域中有广泛而重要的应用前景.本文从诱导自组装各种驱动作用力的角度,综述了金纳米棒自组装的最新研究进展,具体内容包括:表面张力引发的自组装、化学作用驱动如静电作用或氢键作用等引发的自组装以及生物分子识别作用引发的自组装.     

两亲性多肽自组装及其应用

两亲性多肽分子具有类似天然磷脂分子的两亲特性、丰富的分子结构、独特新颖的组装体结构以及特殊的生物学功能,是多肽自组装研究的热点领域.本文总结了近年来关于两亲性多肽自组装研究及应用的进展,介绍了几种常见的两亲性多肽,并进一步阐述其分子结构特征、组装行为和机理、组装体结构和功能以及在纳米技术和生物医学领域中的应用.     

二苯丙氨酸二肽微纳米结构的可控组装及应用

近年来,生物组装单元构筑微纳米结构的组装体在生物纳米技术等领域得到了广泛的研究。不同形貌的微纳米组装体可以通过生物分子的自组装这样快速、简便的方法获得。在众多肽基构筑基元中,二苯丙氨酸二肽及其衍生物作为一种生物活性的肽,具有生物兼容性好、容易化学修饰/生物功能化、制备简单等特点,是构筑微纳米结构材料时重要的生物基元之一。通过可控的方法组装,可以得到基于二苯丙氨酸及其衍生物的不同结构的组装体,他们在光学、机械工程、电化学传感检测等方面也具有广阔的应用前景。研究证明通过改变组装条件以及引入外源小分子等方法可以实现调控短肽的分子组装。本文综述了二苯丙氨酸二肽微纳米组装体的可控组装及他们在生物医学、生物传感、光电材料、光波导和催化等方面的应用。     

刺激响应型肽自组装及其应用

肽自组装体由于具有结构稳定、易调控、生物相容性好、可生物降解等优点,在构筑新型材料及生物医药领域表现出了巨大潜力。本文介绍了肽自组装的概念、机理和应用,详细归纳了刺激响应型肽自组装的研究进展;按照刺激源的不同将刺激响应型肽自组装分为pH响应型肽自组装、温度响应型肽自组装、溶剂响应型肽自组装、光响应型肽自组装、超声波响应型肽自组装以及离子响应型肽自组装;列举了肽自组装在药物控释、脊髓损伤修复、仿酶催化、生物模板等领域的应用。最后,基于目前肽自组装存在的一些问题(如影响肽自组装结构的外界因素不易精准把控、自组装的研究与生命科学领域的交叉程度低等)对肽自组装的发展做了展望。     

π-共轭体系超分子自组装

π-共轭体系因其分子结构的可设计性以及优异的光电性质得到了广泛的研究,其超分子自组装在制备结构复杂、规则的功能纳米材料方面表现出了显著的优势,且是调控材料宏观性质的一种有效的方法.因此,π-共轭体系超分子自组装已经成为近年来信息、材料、生物等前沿领域的研究热点.本文综述了π共轭体系超分子自组装的机理、外界环境的导向作用、自组装形态以及其在光电器件、生物传感等方面的应用研究,进一步提出了该领域尚待解决的问题并对其应用前景进行了展望.     

环境响应性多肽自组装研究进展

分子自组装广泛存在于自然界中,参与生物体的各项生命活动,从而确保生物体相关生理功能的实现和生化反应的有序进行.多肽自组装作为分子自组装的重要组成部分,其良好的生物相容性为构建具有重要应用价值的生物医用材料提供了新的思路.本文总结了多肽自组装过程中主要的驱动作用力;简述了多肽自组装形成的主要结构;详细介绍了自组装过程中环境变化,包括pH、温度、离子强度、特殊离子、氧化还原态以及光照等,对于环境响应性多肽自组装结构和性质的影响;并且阐述了多肽自组装生物材料的应用方向和前景,希望为该领域的进一步研究提供参考.     

基于天然小分子化合物的超分子自组装

天然产物来源广泛、手性结构独特、具有多修饰位点、良好的生物相容性和可控的降解性, 与其他非天然产物的自组装体系相比, 具有更多的优势. 简单修饰的天然产物在溶剂中容易形成氢键、π-π堆积、范德华作用等非共价键作用, 促使分子有序排列形成聚集体, 成为超分子自组装体系的重要构筑基元. 同时, 其独特的手性结构在分子有序排列过程中, 通常会实现手性由分子层次到超分子层次的传递和放大, 因此, 可用于构建螺旋带、纳米管等多种手性组装体. 天然产物良好的生物相容性和生物活性, 也使得基于此类化合物的组装体可应用于组织工程、药物传递、细胞成像等生命科学领域, 显示其广阔的应用前景. 本文介绍了基于氨基酸、糖、核苷碱基、甾体、三萜等天然产物缀合物在超分子自组装特性方面的研究概况及其发展趋势.     

肽超分子自组装:结构调控和功能化

生物分子自组装对生物体有重要意义,利用生物分子构筑具有功能性的有序组装体一直是人们关注的焦点.肽分子是一类重要的组装基元,肽的超分子自组装可形成多种纳米或微米尺度的结构,并可应用于能源、医药等领域.如何实现肽自组装结构的精准调控以及精准调控肽自组装实现功能化,是目前该领域面临的新挑战.肽的自组装是基于非共价键力的协同作用实现的,通过各种因素调节这些非共价键力的作用,是实现自组装结构调控和功能化的关键.虽然自组装结构调控可以通过改变外部环境调控,但是通过精确分子设计、组装基元分子间的相互作用调控可以更好地实现结构的精准调控;并有利于进一步通过引入功能性分子作为组装基元,实现自组装体的功能化.本文将针对肽自组装体的结构调控以及功能化两个方面对相关研究进行综述.     

仿病毒衣壳自组装体及其生物医学应用

仿病毒衣壳结构自组装体具有重要的基础研究和应用价值,是化学、材料、生物医学等多学科前沿交叉领域.本文从天然病毒衣壳的基本结构和特征出发,立足于从结构仿生到功能仿生的角度,综述了以天然病毒衣壳蛋白质和人工合成材料为组装基元构建仿病毒衣壳自组装体的策略,及其形态结构的调控和功能优化等.重点论述了近年来合成肽类分子在仿病毒衣壳自组装体结构和功能方面的进展.同时,就仿病毒衣壳自组装体在药物控释、基因传递等生物医学领域的应用也做了论述.     

基于主客体作用构筑的聚集诱导发光型超分子组装体 在生物医用领域的研究进展

主客体相互作用是超分子自组装过程中最重要的作用方式之一,常被用于构建多功能超分子材料.基于主客体相互作用,利用具有聚集诱导发光性质的大环主体分子或客体分子作为自组装基元,构筑具有聚集诱导发光效应的超分子体系,并将其应用于药物递送、细胞成像、生物传感等生物领域,已成为超分子化学的研究热点.从超分子组装体的发光效应分别源于主体分子和客体分子两方面,介绍了近五年来以环糊精、杯芳烃、葫芦脲、柱芳烃及其它大环为主体化合物,基于主客体作用构筑的聚集诱导发光超分子组装体,并对其在生物医用领域的研究进展进行了简要综述.     

DNA四面体结构纳米材料及其应用

基于DNA纳米技术自组装的DNA四面体纳米材料,由于结构稳定、机械性能优越、分子修饰位点丰富等特点,逐渐成为DNA纳米材料领域的研究热点。此外,该DNA四面体纳米材料只需一步热变性即可自组装形成,具有合成方法简单、产率高的优点。可通过不同的设计,利用自组装方法将功能分子修饰在DNA四面体的顶点处,包裹在其笼状孔隙结构内,镶嵌或悬挂在双螺旋的边上,甚至通过引入发卡环结构等方式智能控制其结构变化。本文综述了DNA四面体结构纳米材料的设计和自组装原理、功能化修饰方法和结构的智能化,同时介绍了DNA四面体纳米材料在分子诊断、生物成像、分子输送和靶向给药等方面的应用研究,并探讨了此类纳米材料在今后应用研究中应关注的方面。     

非均相膜聚合物囊泡的构筑、应用及展望

聚合物囊泡是通过聚合物自组装构筑的纳米组装体,由于其独特的空腔-膜层-冠层结构,在生物医用等领域具有较好的应用前景,因此越来越受到研究者的关注.不同于传统的均相膜囊泡,非均相膜囊泡的膜层由不相容的组分构成,呈现出微相分离的特点,具有丰富的功能.本文以近年来本课题组及国内外同行在非均相膜囊泡领域的研究成果为基础,详细论述了非均相膜囊泡的膜层结构、理论构筑与设计策略,讨论了其在生物大分子包载与递送、高效抗菌、癌症诊疗与糖尿病治疗、能源存储、水处理等领域的潜在应用,并对该领域的发展方向进行了展望.     

胶原大分子自组装研究进展

胶原是人类最主要的结构蛋白,在体内通过自组装形成具有D带的纤维结构,构成人体的各种组织。胶原蛋白具有优异的生物相容性、生物可降解性、无毒性、低免疫性等特点,在材料科学、生物医学、组织工程、生物传感器等领域得到了越来越多的研究和应用。近年来,人们发现,通过合理调控外界环境,胶原蛋白在体外能自组装形成有序的超分子聚集结构,胶原蛋白在体外的自组装行为引起了研究者的广泛关注,逐渐成为研究的热点。本文概括了胶原的自组装机理、外界环境条件对胶原自组装的影响以及胶原自组装基复合材料等方面的工作。     

多肽超分子手性自组装与应用

多肽分子作为一类重要的生物手性小分子,能够通过分子自组装形成包括纳米螺旋、纳米管、手性凝胶等在内的有着独特生物效应和光学活性的手性纳米材料。这类材料具有易于功能化修饰的优点,在化学、生物、医药、材料科学等领域有着广泛应用,成功对多肽手性自组装结构进行精准多级调控,是进一步实现其功能化应用的基础。本文重点介绍了多肽分子氨基酸序列组成与构型等内部因素,以及溶液pH、溶剂、添加剂等外界因素对多肽分子手性自组装行为的影响,并归纳得出其关键作用机制;同时,还介绍了多肽手性自组装材料在手性催化、手性检测、模板合成、手性光学等领域的应用。     

苯丙氨酸二肽类分子自组装:分子设计、结构调控与材料应用

近年来,苯丙氨酸二肽类分子的自组装研究受到了广泛关注,已成为超分子化学、生物材料科学研究的前沿领域之一。苯丙氨酸二肽类纳米组装体因具有结构多样、易功能化以及良好的生物相容性等优点,在纳米制造、组织修复等方面展示出巨大的应用潜力。本文从分子设计、组装结构调控与材料应用三个层次系统综述了苯丙氨酸二肽类分子自组装的研究进展。首先总结了苯丙氨酸二肽类分子的修饰改性,包括乙酰基、芳香环、氨基酸、短肽等基团。然后,重点介绍了苯丙氨酸二肽类分子自组装的调控策略和方法,如溶剂、界面、气相、多组分共组装和酶催化组装。最后,介绍了苯丙氨酸二肽类自组装材料在纳米材料合成、传感检测、药物传递及组织修复等方面的应用现状,并分析了该领域今后的发展方向。     

动态变构纳米组装体的设计、合成及生物医药应用

纳米技术对生物医药学的发展具有重要的推动作用.如何构建新型纳米材料,实现其在疾病部位生物功能的最优化,是当今纳米生物医药领域的关键问题.智能型纳米组装体作为一类能够在特定刺激下发生响应性功能转变的纳米材料,在该领域中受到了极大的关注.尤其是在肿瘤等疾病的诊断与治疗中,结合肿瘤微环境特征,设计与合成能够根据体内过程调整结构的动态变构纳米组装体,以达到成像信号放大、治疗效果增强以及安全性提升的目的,为建立智能化诊疗方案提供了新策略.本文主要讨论了纳米组装体的常用制备策略,集中探讨了对内源性刺激响应(pH、酶、氧化还原等)的动态变构纳米组装体在肿瘤诊疗中的应用.     

DNA自组装结构在纳米诊疗中的应用

DNA分子具有良好的生物相容性和可编程性,被广泛用于构建新型纳米生物材料.研究者利用DNA纳米技术已构建了尺寸、形貌及对称性精确可控且可对环境条件做出特异性响应的DNA自组装结构,它们在生物成像及检测、药物的精准输送等纳米诊疗领域有着极大的应用潜力.然而, DNA纳米材料应用于活体系统存在稳定性不足、细胞摄取效率不高以及药物的包裹及可控释放程度不够等问题.本文简述了DNA自组装结构的构建方法以及将这些结构用于生物成像、生物检测和药物载带方面的进展,概括了提高DNA自组装结构体内稳定性及细胞摄取效率的方法,最后讨论了DNA自组装结构应用于纳米诊疗中所面临的机遇与尚待解决的问题.     

基于多肽自组装的人工金属酶

模拟酶,又称人工酶,是在分子水平上模拟天然酶活性部位的形状、大小及其微环境等结构特征的分子或分子聚集体。随着纳米科学和超分子技术的发展,构筑具有生物催化活性的超分子模拟酶已经成为科学研究和应用开发领域的热点。肽组装金属酶是以多肽分子为基本单元,在非共价作用力协同作用下形成的超分子组装体。相比其他功能性材料,肽人工金属酶的结构及生物化学性质更接近天然酶,其分子本身更利于修饰改造,且生物相容性和功能性较好,使其在模拟酶方面具有独特优势。本文总结了近年来通过多肽自组装构建人工金属酶的研究进展,重点综述了多肽组装模式、组装体微观结构、超分子结构、金属活性中心微环境以及pH值对模拟酶催化活性的影响。增加自组装微结构的稳定性、增加催化活性以及扩大由人工酶催化的反应类型是肽人工金属酶研究中的主要挑战。构筑更加稳定的肽自组装纳米结构及更加精确的活性中心以模拟天然酶的结构和活性中心是正确的策略。     

基于桑蚕丝蛋白的多肽/两亲性多肽及其组装和功能化

多肽的自组装因其独特性质和作用已成为超分子化学、高分子功能材料和生物医用材料等领域的研究热点.桑蚕丝蛋白具有高度重复的多肽序列,其组装行为和相应的结构对动物丝及丝蛋白基材料的形成和特有的优异综合性能起到了至关重要的作用.通过特定的酶降解桑蚕丝蛋白能够以较为经济的方式获得多种明确序列的多肽,并可进一步方便地制备功能性的两亲性多肽.本文结合国内外多肽自组装的研究现状,对本课题组在桑蚕丝蛋白多肽/两亲性多肽的制备、组装以及功能化等方面的研究成果进行了总结,同时也展望了其在若干领域中的实际应用.