怎样实现精准有序可控地合成生物纳米质料是物资创造科学范畴最主要的命题及使命之一。最近几年来，跟着化学合成技能及物理表征手腕的奔腾，基在生命物资（DNA 及卵白质）的精准组装与？榛票敢丫鸾ナ迪至恕爸匦律杓啤奔啊翱煽睾铣伞。多肽作为构成卵白质的基础布局单位，其具备优良的不变性，优秀的序列富厚度以和广泛的布局多样性，是制备生物纳米质料的抱负份子。然而，多肽纳米质料的重新设计及精准制备难度极年夜，今朝存于的重要问题包括如下几个方面：（1）缺乏猜测“序列-布局-组装”内涵瓜葛的理论系统；（2）对于多肽组装历程中的要害驱动力熟悉不足；（3）今朝存于的多肽组装系统有限且大都研究欠深切。针对于上述问题，开发逾越现有多肽组装系统框架的新型多肽自组装系统，具备主要的科学意义及运用价值。

层级自组装是一种“自下而上”的多肽纳米质料制备方式，经由过程调控多肽单体份子之间的溶剂化作用与组装驱动力，实现多肽的有序摆列与层级生长。科学家经由过程仿生革新与理性设计两种方式，创造了多种多肽自组装系统。如两亲性多肽，coiled-coil多肽，三螺旋多肽束，苯丙氨酸二肽和其近似物等。基在这些多肽的自组装纳米质料已经经被广泛运用在药物份子递送，能量存储/转换器件，生物传感，手性物资分散等范畴。然而，上述多肽自组装系统重要因此螺旋以和β-折叠布局为基础单位，限定了组装质料内涵空间布局的多样性与繁杂性。摸索螺旋与β-折叠以外的多肽组装系统，可以帮忙理解多肽超份子聚集历程中的基础科学问题，同时创造出与现有多肽纳米质料功效互补的新型纳米质料。

1993年，美国科学家M. Reza Ghadiri 等人报导了一种D，L型氨基酸交织摆列的平面型环肽份子用在堆垛式组装天生中空式纳米管布局，这类新奇的多肽组装单位具备优良的序列容忍度以和组装可控性。然而，D，L-环肽有且仅体现出平面型b-折叠布局，年夜年夜限定了组装纳米布局的富厚度。开发超过多种多肽二级布局，同时具有优良的环巨细及序列容忍度的新型多肽组装系统，成为该范畴科学家努力的标的目的之一。

带着上述问题，北京年夜学深圳研究生院李子刚课题组最近几年来致力在摸索基在构象限定肽的多肽组装系统。2016年，该课题组开发了“Chirality-induced helicity” (手性引诱螺旋， CIH) 构建螺旋多肽的要领，经由过程于多肽侧环引入精准手性中央，将短肽限定于螺旋构象。基在该系统，该课题组于2018年景功将CIH多肽运用在多肽自组装范畴，并提出了“基在多肽手性侧链的侧环驱动”自组装观点 （Chirality-induced assembly, CIA）。该系统的重要特色包括： 组装单体份子为螺旋多肽；多肽侧环代替基具备芬芳环布局且巨细可调治；多肽主链序列可变。研究职员基在该系统合成为了一系列具备空间高级布局的纳米质料，如纳米管，纳米带等，并证实了这些质料于生物光学以和超等电容器范畴的潜于运用价值。

可是，假如CIA系统仅仅局限在螺旋多肽，那将年夜年夜限定该要领的运用价值。思量到CIA系统中焦点的组装驱动力来历在侧环代替基的π-π彼此作用，研究职员斗胆预测，多肽主链二级布局以和序列将自力在组装驱动力以外，对于多肽是否发生组装将不会孕育发生决议性影响。基在上述料想，研究职员设计合成为了差别环巨细的手性侧链多肽，并基在“构象-自组装举动”这一主线举行了体系的研究。研究成果注解，差别环巨细的构象限定肽可以组装孕育发生差别描摹的纳米质料。这是该范畴初次证实构象限定肽的组装举动不受环巨细，序列以和二级布局限定。研究职员进一步研究了差别环多肽的组装体的光学及电学机能。因为多肽环巨细差别致使了份子聚集方式差别，天生的纳米质料于光致发光以和储能机能方面差异较着。这些研究为未来理性设计抱负功效的多肽纳米质料提供了有效的借鉴意义。这些结果以“Self-assembly of Constrained Cyclic Peptides Controlled by Ring Size” 为题发表在中国化学会旗舰期刊《CCS Chemistry》，论文链接DOI: https://doi.org/10.31635/ccschem.020.201900047。该文的第一作者为胡宽博士，李子刚传授为论文的通信作者，论文的互助者包括北京年夜学深研院新质料学院王新炜传授及中国科学院北京纳米能源所李舟传授。

图1、(a) 手性侧环限定肽的三要素。（b）差别环巨细的多肽的层级自组装。

于环状多肽组装纳米质料的运用方面，该课题组致力在开发柔性多肽超等电容器（SC）。先前研究成果注解，多肽纳米质料作为超等电容器储能质料，具备优良的柔韧性以和生物兼容性，于可穿着装备中具备广漠的运用远景。然而，与传统的无机储能质料比拟，多肽储能往往存于较差的轮回不变性，较低的功率密度及能量密度。为了降服这些问题，李子刚课题组与王新炜课题组互助，使用原子层沉积技能，将Co9S8沉积于多肽纳米质料外貌，天生了规整的多肽-Co9S8核壳布局。一系列的电化学测试成果注解：Co9S8可以掩护内层的多肽，防止遭遇电解质的进犯而消融于电解质中；多肽纳米布局作为支撑层，可以与Co9S8层形成完善的界面匹配，这类有机-无机质料的协同作用，年夜年夜加强了电极的功率密度及能量密度。课题组进一步与李舟课题组互助，将磨擦纳米发机电（TENG）与多肽杂化超等电容器耦合，制备了自供能的TENG/SC器件，为将来进一步贸易化运用提供了可能的解决方案。上述结果以“A wearable system based on core-shell structured peptide-Co9S8 supercapacitor and triboelectric nanogenerator” 为题在2019年12月份发表于纳米能源顶尖期刊《Nano Energy》(IF=15.5)。论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2211285519308560。该文的配合第一作者为熊威，胡宽博士，以和李喆，李子刚传授，王新炜传授及李舟传授为论文的配合通信作者。

图2、多肽-Co9S8杂化超等电容器与TENG耦合器件示用意

除了了基在手性侧环肽的自组装系统，李子刚课题组还有致力在开发刺激相应的多肽定向组装系统。二硫键是卵白质布局中常见的官能团，因为其于氧化还有原情况中的可逆性，于是经常使用在设计触发式自组装系统。前人报导了多种基在二硫键的还有原“断键式”自组装触发系统，但还没有有份子内的氧化“成键”自组装系统被报导。李子刚课题组开发了一U8国际-种新型的“自氧化引诱天生订书肽”继而发生自组装的定向组装系统。研究职员精心设计合成为了一种自组装多肽序列Fmoc-R(RCEX)2-NH2，该序列于氧气足够的情况下，可以选择性的发生份子内自氧化，将多肽不变于螺旋构象。跟着氧化的举行，多肽份子可以发生有序的摆列，进而天生多肽纳米管布局。研究职员进一步证实多肽纳米管布局可以有用的将siRNA递送到癌细胞内，并于细胞内将siRNA开释出来。上述结果以“Directional assembly of a stapled α-helical peptide”为题在2019年6月份发表于化学范畴一区期刊《Chemical Co妹妹unications》。论文链接： https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2019/cc/c9cc04591k#!divAbstract。该文的配合第一作者为胡宽博士，尹丰副研究员，以和周子原博士。李子刚传授为独一通信作者。

图3、基在“氧化触发式”的定向多肽自组装系统。

上述系列研究获得了国度天然科学基金，深圳市科学技能立异委员会的撑持。