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湖南大學(xué)白玉罡課題組/邢航課題組 Nat. Commun.:一種基于MOF催化的納米聚合系統(tǒng)用于快速合成聚多肽及多肽復(fù)合材料
2023-09-14  來(lái)源:高分子科技

  人工合成的聚多肽由于具有良好的生物可降解性和性質(zhì)可調(diào)性,備受生物醫(yī)藥領(lǐng)域和材料工程領(lǐng)域的研究者們的關(guān)注。近二十年以來(lái),隨著氨基酸環(huán)內(nèi)酸酐(NCA)開(kāi)環(huán)聚合制備聚多肽的技術(shù)不斷革新,聚多肽材料逐漸在抗菌、藥物/基因遞送和組織工程等領(lǐng)域被廣泛研究和應(yīng)用。然而,由于NCA聚合過(guò)程往往存在引發(fā)效率低、聚合速率緩慢、對(duì)環(huán)境敏感以及分子量難控制等問(wèn)題,導(dǎo)致其獲得的聚多肽在材料領(lǐng)域的應(yīng)用受到極大的限制,而將聚多肽與其他材料進(jìn)行復(fù)合應(yīng)用的研究更是鮮有報(bào)道。


  湖南大學(xué)白玉罡教授和邢航教授團(tuán)隊(duì)利用納米尺度的金屬有機(jī)框架(MOF)材料作為非均相的催化劑,通過(guò)催化其表面配位的水分子引發(fā)NCA單體開(kāi)環(huán),聯(lián)合聚合過(guò)程中螺旋短肽的自催化加速過(guò)程,共同形成了一種高效可控的納米NCA聚合系統(tǒng),該系統(tǒng)不僅能高效可控的合成聚多肽,還能快速制備MOF@聚多肽復(fù)合材料。 



  作者通過(guò)對(duì)聚多肽末端基團(tuán)的表征分析,驗(yàn)證了MOF催化表面水分子引發(fā)開(kāi)環(huán)聚合的機(jī)理。聚合過(guò)程的動(dòng)力學(xué)監(jiān)測(cè)和產(chǎn)物聚多肽的表征分析等結(jié)果表明,該聚合體系具有兩個(gè)催化聚合階段,即MOF催化引發(fā)階段和α-螺旋短肽自加速鏈增長(zhǎng)階段,這兩種催化的結(jié)合使聚合反應(yīng)過(guò)程可控,轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)率高,且對(duì)環(huán)境中水的敏感性大大降低。此外,MOF納米顆粒作為非均相NCA聚合催化劑能夠簡(jiǎn)單方便的實(shí)現(xiàn)再生和循環(huán)使用。 



  除了制備聚多肽以外,該納米催化NCA聚合系統(tǒng)還為直接快速地制備功能性聚多肽復(fù)合材料提供了新策略。如果不將聚合后產(chǎn)生的聚多肽與MOF分離,就可以直接得到MOF@聚多肽復(fù)合材料,它們具有良好的可加工性,將其制成混合基質(zhì)膜材料具有獨(dú)特的性質(zhì)。通過(guò)變換MOF催化劑和多肽的結(jié)構(gòu),合成的復(fù)合材料可以繼承MOF和多肽的功能。對(duì)MOF@聚多肽復(fù)合材料的初步應(yīng)用探究結(jié)果表明,這類(lèi)復(fù)合材料在污染物過(guò)濾、催化和長(zhǎng)效緩釋方面具有潛在的應(yīng)用前景。 



  綜上所述,作者結(jié)合MOF非均相納米催化和NCA開(kāi)環(huán)聚合,開(kāi)發(fā)了一種新的納米催化NCA聚合系統(tǒng),基于該系統(tǒng)不僅能快速獲得窄分布且分子量可控的純聚多肽,還能一鍋法快速制備功能性MOF@聚多肽復(fù)合材料,為聚多肽材料的制備方法與材料科學(xué)領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用之間的橋聯(lián)開(kāi)拓了新的思路。


  此項(xiàng)工作湖南大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院博士生劉英任仲午共同完成,通訊作者分別為白玉罡教授和邢航教授。作者感謝國(guó)家自然科學(xué)基金委、湖南省湖湘人才計(jì)劃和湖南省科技廳的項(xiàng)目資助,以及西湖大學(xué)程建軍教授對(duì)本課題的建議。


  原文鏈接:https://www.nature.com/articles/s41467-023-41252-3


課題組簡(jiǎn)介:

  湖南大學(xué)白玉罡課題組主要研究大分子(包括天然大分子和合成大分子)的制備、組裝、性質(zhì)與應(yīng)用。課題組的兩個(gè)主要方向是:1基于大分子體系的活體內(nèi)非天然催化系統(tǒng)的建立與應(yīng)用;2抗菌、抗病毒(Antimicrobials)大分子的設(shè)計(jì)、制備與應(yīng)用研究。課題組目前招收2024年入學(xué)的保研本科生和博士,以及隨時(shí)進(jìn)組的科研助理,歡迎有興趣的同學(xué)聯(lián)系。課題組主頁(yè):www.baigroup.online

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