层层自组装膜的研究:从基础到生物医学领域中的应用

层层自组装是利用分子间的静电、氢键、共价键等相互作用将高分子组装成膜的技术,具有操作简单、无需特殊设备、膜组分及厚度可控等优点,在器件制备、表面改性及生物医学等诸多领域有广泛应用。我们在层层自组装膜的基础研究及应用领域均进行了一些探索,首次将氢键和共价键层层组装技术从二维体系扩展到三维体系,成功地制备了氢键和共价键键合的层层组装的空心微胶囊;提出了制备单一组分层层自组装膜的通用办法;对以聚乙烯基吡喏烷酮/聚丙烯酸膜为代表的氢键自组装膜进行了详细研究。首次以可逆共价键-苯硼酸酯键为驱动力进行层层组装,并在这些研究的基础上提出了动态层层自组装膜的概念。利用动态膜逐步解离的特性提出了新的药物释放方法,同时,利用层层自组装水凝胶膜的刺激响应性还提出了新的可快速响应的光学传感方法。     

亚观尺度的自组装

亚观尺度的自组装是理想的模型体系。不同材料的亚观尺度组分,可以作为分子和原子的模型,便于更为直观的研究。本文介绍了静态自组装、动态自组装和三维立体结构的自组装,以及DNA片段的亚观尺度模拟。在高分子领域,亚观尺度的自组装有望在“亚观”尺度上模拟真实高分子的凝聚过程,并观察这些体系最基本的物性,为高分子凝聚过程提供一个“亚观”模拟的简单又直观的“模型”。     

光化学在自组装结构调控与探测中的应用

利用光照引发的光化学变化,作为一种通过宏观手段向微观系统提供能量和外加刺激的理想手段,在分子自组装研究中起到了重要的作用.通过光化学变化可以实现对分子自组装结构从分子结构到微观结构,再到宏观性质的多层级调控.反之,通过其他手段调节聚集体的组装结构和分子排列,也可以控制改变聚集体的发光情况.此外,分子荧光探针为认识纳米尺度的分子自组装结构的微观环境提供了有力的支持,是研究自组装结构中不可取代的重要表征手段.本文就光化学手段对分子自组装结构的调控与探测,以及自组装结构对发光分子的光学性质的影响等方面进行了介绍.     

小分子级联自组装/解组装策略在精准癌症诊疗中的应用

“智能”识别及靶向癌细胞是精确诊断与高效治疗的关键。目前的策略中,使用小分子共价前体探针（或药物）存在机体代谢速度快及对其他器官毒副作用大的局限;使用纳米探针（或载药）体系则存在分子量不明确、生物穿透性低和易被网状内皮系统捕获等问题。肿瘤“原位自组装”策略兼具了小分子和纳米体系的优点,利用小分子作为前体可提高药物分子在肿瘤组织的生物穿透性,?而自组装形成的纳米结构则提供了更好的生物利用度、更高的代谢稳定性和更长的滞留时间。在此基础上,研究者们通过设计多个肿瘤特异性生物分子顺次激活分子前体,进一步开发了小分子顺次级联自组装/解组装策略,以实现肿瘤组织的精准定位和肿瘤细胞的高选择性。在癌症的诊疗应用中,该策略可有效提高诊断信号的灵敏度,时空追踪癌细胞内的系列动态生物过程,同时实现药物的有效富集,并降低对正常细胞的副作用。该文概述了当前增强型级联自组装、级联自组装/解组装策略的研究进展,为癌症诊疗提供了新见解。     

疏水星形PCL与PCL-b-PEG两亲共聚物的自组装研究

用疏水星形聚合物模拟疏水性药物,研究其与两亲聚合物的自组装,探讨两亲性聚合物包载疏水性药物的机理.用开环聚合合成了5种两亲聚己内酯-聚乙二醇两嵌段共聚物(PCL-b-PEG)和4种疏水星型聚己内酯(star-branched polycaprolactone,SPCL),使用相分离法使PCL-b-PEG与SPCL进行自组装.浊度、SEM、动态光散射(dynamic light scattering,DLS)和FTIR结果表明,PCL-b-PEG与SPCL能够进行自组装,而且PCL-b-PEG中PEG长度和PCL含量对自组装有影响;PCL-b-PEG/SPCL形成的自组装体的粒径与SPCL的臂长、臂数和加入量有关.     

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。     

分子纳米技术与金属有机分子纳米体系

基于超分子自组装的分子纳米技术是一种新兴的高新技术。本文从金属矢量操纵的自组装分子纳米体系、自组装的纳米微反应器与超分子催化和自组装金属超分子高分子纳米材料等三个方面评述了分子纳米技术及其在构筑金属有机分子纳米体系中的发展现状 ,进一步阐述了“金属矢量”的概念 ,并首次提出建立“自组装子工具箱” ,探讨了分子纳米技术的发展方向。     

乙二胺改性的玻璃基片上C60自组装薄膜的制备及光致发光

利用Ｃ６０与乙二胺改性的普通玻璃表面进行加成反应,得到一种新的Ｃ６０自组装单层膜;在自组装单层膜的基础上,利用Ｃ６０与乙二胺反应形成自组装双层膜。通过Ｘ光电子能谱、激光解吸电离飞行时间质说等手段证实在乙二胺改性的普通玻璃表面上存在通过化学键合的Ｃ６０自且装单层和双层膜。并对共光致发光性质进行了初步研究,发现在６８０ｎｍ附近存在一个与Ｃ６０不同的宽的光致发光峰。     

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。     

肽类自组装研究进展*

近年来,多肽自组装因其结构多样性及在生命科学领域中良好的应用前景而逐渐成为人们研究的热点。本文总结了目前国内外多肽自组装方面的研究进展,并对肽类自组装形成的多种形态结构进行了介绍,同时也就自组装机制和影响因素进行了分析和探讨。     

Effects of structural variation on the self-assembly of bis-urea based bolaamphiphiles

We report on the self-assembly in water of a set of bis-urea amphiphiles. A range of techniques, including dynamic light scattering, Cryo-TEM, SAXS, and MS are used to study the effect of structural variation on the morphology of the assemblies. The length, dispersity, and end-group of the ethylene glycol hydrophilic part of the molecule, as well as of the alkyl chain length are varied to tailor the morphology towards soluble wormlike micelles. Slight modification on molecular structures gave a large difference in self-assembly behavior in water, giving guidelines for the design of rodlike supramolecular fibers with novel functionalities, such as strain-stiffening and bioactivity.     

聚肽-壳聚糖复合体系的自组装行为研究

以聚肽、壳聚糖为原料,制备复合纳米粒子,采用透射电镜、动态激光散射仪及Zeta电位分析仪、荧光光谱仪对制备成的聚肽-壳聚糖复合体系纳米粒子的形貌、粒径、Zeta电位及临界胶束浓度等自组装行为进行表征,结果表明:聚肽-壳聚糖复合体系纳米粒子是具有壳-核结构的球型粒子;纳米粒子平均粒径为240nm,粒径分布较均匀,稳定性较好;复合体系中聚肽的临界胶束浓度为4.55×10-4mg/mL.     

阴离子疏水缔合共聚物/阳离子蠕虫状胶束协同增粘自组装网络

将阴离子疏水缔合丙烯酰胺共聚物P(NaAMC14S-b-AM)与阳离子蠕虫状胶束十六烷基三甲基溴化铵/水杨酸钠(CTAB/NaSal)在水溶液中自组装制备了新型的缔合增粘体. 由稳态剪切和动态流变实验结果得出: 自组装体系在80 ℃下仍具有显著的协同增粘效应, 其流变行为符合Maxwell模型. 同蠕虫状胶束相比, 自组装体系的稳态模量G0、力学松弛时间τR和缠结点密度ν都有增加, 由此分析缔合体系中两组分间形成了相互缠结的网络结构, 在链缠结处共聚物主链上的疏水侧链嵌入到了蠕虫状胶束的内核.     

结晶驱动自组装的研究进展

在两亲性聚合物的自组装领域,结晶驱动自组装因其内容的丰富性和较高的可塑性而被特殊看待。在经典的自组装体系中,要制备纤维状胶束相对比较困难,而结晶驱动自组装却能够很轻易地得到纤维状胶束并实现纤维的组成、长度及长度分布控制。其中,可结晶嵌段的结晶性被认为是形成纤维状胶束的关键并被进一步跟进拓展。     

Stimuli-Responsive DNA Self-Assembly: From Principles to Applications

Stimuli-responsive DNA self-assembly shares the advantages of both designed stimuli-responsiveness and the molecular programmability of DNA structures, offering great opportunities for basic and applied research in dynamic DNA nanotechnology. In this minireview, we summarize the most recent progress in this rapidly developing field. The trigger mechanisms of the responsive DNA systems are first divided into six categories, which are then explained with illustrative examples following this classification. Subsequently, proof-of-concept applications in terms of biosensing, in vivo pH-mapping, drug delivery, and therapy are discussed. Finally, we provide some remarks on the challenges and opportunities of this highly promising research direction in DNA nanotechnology.     

SYNTHESIS AND pH-SENSITIVE SELF-ASSEMBLY OF DENDRITIC POLY(AMIDOAMINE)-b-POLY(L-GLUTAMATE)BIOHYBRIDS

 Dendritic poly(amidoamine)-b-poly(L-glutamate) (PAMAM-b-PLG) biohybrids were synthesized by the ring-opening polymerization of γ-benzyl-L-glutamate N-carboxyanhydride monomer, followed by the deprotection of benzyl groups on poly(benzyl-L-glutamate), and were characterized by ¹H-NMR, FT-IR and gel permeation chromatography. The self-assembly behavior of the PAMAM-b-PLG biohybrid was investigated by means of UV-Vis, dynamic light scattering (DLS), transmission electronic microscopy (TEM) and ¹H-NMR. UV-Vis analysis demonstrated that the critical aggregation concentration of PAMAM-b-PLG was dependent on the pH value of aqueous solutios. DLS results further evidenced that the PAMAM-b-PLG biohybrid exhibited a pH-sensitive self-assembly behavior, and the average size of the self-assembled nanoparticles decreased gradually with the increasing pH value of the PAMAM-b-PLG solution. The self-assembled nanoparticles gave a nearly spherical morphology, and the pH-induced self-assembly had no obvious effect on the morphology of nanoparticles.     

有机共轭分子自组装方法

本文综述了有机共轭分子自组装方法的最新研究进展,从有机共轭分子的合成、自组装方法、光电性质及应用等方面进行了阐述,着重阐述了适用于有机共轭分子的各种自组装方法。认为它们的自组装在有机光电材料或器件方面具有广阔的应用前景及潜在的应用价值。     

自组装的分子动力学模拟

简要回顾了近年来国内外分子动力学模拟自组装的研究,对已报道的建模方法、可视化表现以及相关应用略作概述,并以此为基础对自组装过程的分子动力学模拟研究所面临的问题和尚需深入的内容进行了讨论。基于自组装、相变和涨落的固有联系,提出了以研究波动为手段,和以频率相关热容为研究对象的探索方向。希望能够为分子动力学模拟推动自组装研究提供有益的参考。     

纳米粒子的控制生长和自组装研究进展

由于在纳米器件上潜在应用,通过化学方法控制的纳米粒子生长,以及纳米粒子自组装的一维、二维和三维点阵受到人们的广泛关注。本文介绍来近年来纳米粒子的控制生长和组装研究的现状。主要探讨了有机稳定剂对纳米粒子形状和尺寸控制的影响。含配位基团和长链烷烃的有机化合物不但可以用控制纳米粒子生长的稳定剂,而且可以用作纳米粒子自组装的模板剂。     

Design of an Amphiphilic Perylene Diimide for Optical Recognition of Anticancer Drug through a Chirality-Induced Helical Structure

Introduction of chirality into a supramolecular self-assembly system plays an indispensable role in attaining specific molecular recognition ability. Herein, a chiral anticancer drug 5′-deoxy-5-fluorouridine (5′DFU) was explored for inducing the self-assembly of a cationic perylene diimide derivative containing boronic acid groups (PDI-PBA) into a highly ordered right-handed helical structure. As a result, PDI-PBA exhibited a molecular recognition ability towards 5′DFU among other cis-diols and anticancer drugs. With the help of a dynamic covalent bond and favorable hydrogen-bonding interactions, chirality transfer from chiral 5′DFU to achiral PDI-PBA breaks down the strong π–π stacking of PDI-PBA and makes it reorganize into highly ordered helical supramolecular structures. This work provides an insight into chiral anticancer drug tuning interactions of π-chromophores and the inducement of hierarchical self-assembly to achieve specific molecular recognition.