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上海交通大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院、金屬基復(fù)合材料國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究團(tuán)隊(duì)在仿生手性超分子水凝膠材料取得了重要進(jìn)展，研究成果在 Angew. Chem. Int. Ed上發(fā)表論文兩篇，其中一篇成為該期刊的封面文章。該項(xiàng)研究工作得到國家自然科學(xué)基金、973、教育部新世紀(jì)優(yōu)秀人才、上海東方學(xué)者和浦江人才計(jì)劃等資助。兩篇文章第一作者為劉國鋒博士，通訊作者為材料學(xué)院馮傳良教授。

該項(xiàng)研究開發(fā)了手性可控的超分子水凝膠體系，發(fā)現(xiàn)超分子手性自組裝結(jié)構(gòu)能夠被非手性分子調(diào)控，而納米纖維結(jié)構(gòu)的手性可顯著影響細(xì)胞、生物分子與材料的相互作用，進(jìn)一步功能化手性結(jié)構(gòu)則賦予手性自組裝結(jié)構(gòu)智能調(diào)控細(xì)胞行為的功能，該研究不僅能夠了解生命體系中立體選擇性的起源，而且在生物醫(yī)藥健康等領(lǐng)域有應(yīng)用價(jià)值。

水凝膠是最好的仿生細(xì)胞外基質(zhì)（ECM）之一, 而ECM是支持并連接組織的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，主要調(diào)節(jié)組織的發(fā)生和細(xì)胞的生理活動，其中ECM手性特征起到了決定作用，然而關(guān)于ECM手性調(diào)節(jié)組織細(xì)胞的研究仍處于探索階段，其影響細(xì)胞粘附、生長的本質(zhì)和機(jī)理仍舊是個亟需解決的關(guān)鍵科學(xué)問題，開展相關(guān)研究不僅能夠了解生命體系中立體選擇性的起源，而且在生物醫(yī)藥健康等領(lǐng)域有應(yīng)用價(jià)值。而解決該問題的關(guān)鍵是如何通過設(shè)計(jì)分子結(jié)構(gòu)以構(gòu)建具有手性特征的仿生水凝膠材料、研究其與細(xì)胞及生物分子的相互作用。

為了解決上述科學(xué)問題，幾年來課題組將可功能化的理念引入到了超分子凝膠分子結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，構(gòu)建了系列手性可控、功能可調(diào)、智能響應(yīng)的仿生納米纖維自組裝體。合成了系列基于C2對稱的手性超分子凝膠因子，具有模塊可設(shè)計(jì)的特點(diǎn)。該類超分子之間通過剛性核疏水-疏水或π-π、分子臂上氫鍵的恒定作用進(jìn)行自組裝，不受外側(cè)化學(xué)組份的影響，確保了組裝的同時，賦予了組裝體可功能化的優(yōu)點(diǎn)。其次，自組裝納米纖維凝膠中水分含量范圍廣泛，最高可達(dá)99.94%，擁有10-80微米多孔結(jié)構(gòu)，滿足了細(xì)胞生長空間的需求，納米纖維直徑在10-300納米之間，具有仿生膠原蛋白結(jié)構(gòu)的特征。同時具有力學(xué)強(qiáng)度可調(diào)控的特征，可滿足不同細(xì)胞的粘附生長。特別發(fā)現(xiàn)了該類手性超分子自組裝體手性特征受到非手性分子影響，為探索非手性因素對手性組裝影響的機(jī)制提供了理論支持，文章發(fā)表在Angew. Chem. Int. Ed. （2016, DOI: 10.1002/anie. 201510140R1）上，并被作為封面文章。

基于上述手性自組裝體，進(jìn)一步揭示了手性納米纖維調(diào)控細(xì)胞粘附、生長的規(guī)律及機(jī)理，首次報(bào)道了左旋納米纖維可大大促進(jìn)細(xì)胞的粘附、生長，右旋環(huán)境中則抑制細(xì)胞的粘附、生長。并通過研究細(xì)胞膜基質(zhì)蛋白與手性納米纖維的相互作用，揭示了基質(zhì)蛋白介導(dǎo)細(xì)胞粘附、生長的機(jī)理。此研究對構(gòu)建仿生手性微納米結(jié)構(gòu)提供了理論基礎(chǔ)和新思路，初步解決了手性納米纖維調(diào)控細(xì)胞粘附、生長等基礎(chǔ)科學(xué)問題，相關(guān)研究發(fā)表在Angew. Chem. Int. Ed. 2014, 53, 7789-7793。

上述研究表明開發(fā)手性可控的水凝膠體系的可行性，納米纖維結(jié)構(gòu)的手性可顯著影響細(xì)胞、生物分子與材料的相互作用，尤其該手性結(jié)構(gòu)可進(jìn)一步功能化，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)控細(xì)胞行為，這對新型生物材料與器件的設(shè)計(jì)開發(fā)有重要意義。對開發(fā)仿生手性ECM的應(yīng)用材料、為組織工程、生物醫(yī)藥的發(fā)展提供仿生網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的開發(fā)提供堅(jiān)實(shí)的理論和技術(shù)支持。