蘇州大學(xué)張偉教授團隊 Angew：聚合誘導(dǎo)手性自組裝用于不對稱超結(jié)構(gòu)的原位構(gòu)建、調(diào)控、放大及應(yīng)用
在自然界中，生命的起源與手性之間存在密切關(guān)聯(lián)。手性在生物活動中扮演著至關(guān)重要的角色，直接影響著生物體的多樣性。許多酶是手性的，意味著它們只能與具有特定手性的分子進行相互作用，這種特異性對代謝途徑及其他生物過程的正常運作至關(guān)重要。從亞原子粒子到原子、分子、超分子、聚合物以及納米聚集體，手性的多層次表現(xiàn)早已引起了材料科學(xué)家的濃厚興趣。科學(xué)界長期以來投入了大量精力，運用手性與非手性分子、低聚物、聚合物，并嘗試了諸多方法，例如手性微環(huán)境、手性微渦旋、磁場和圓偏振光等，以構(gòu)建手性組裝體。揭示其構(gòu)建機制及手性轉(zhuǎn)移現(xiàn)象，不僅能夠推動生物大分子的合成，還能實現(xiàn)特異性的手性識別、不對稱催化、信息存儲及DNA轉(zhuǎn)錄等生物手性功能。受到生物分子精確手性識別的啟發(fā)，控制手性的構(gòu)建在許多自組裝系統(tǒng)中同樣顯得至關(guān)重要。這包括自組裝小分子、折疊體、液晶、肽序列、超分子聚合物以及手性聚合物等領(lǐng)域。
近幾年，蘇州大學(xué)的張偉教授團隊在高分子多層次手性結(jié)構(gòu)的高效構(gòu)筑及精準(zhǔn)控制領(lǐng)域取得了諸多進展（J. Am. Chem. Soc.2023, 145, 16474; J. Am. Chem. Soc.2017, 139, 13218; Angew. Chem. Int. Ed. 2024,63,e202315686; Angew. Chem. Int. Ed.2024, 63, e202401077; Angew. Chem. Int. Ed. 2023,62,e202314848;Angew. Chem. Int. Ed. 2023,62,e202312259; Angew. Chem. Int. Ed. 2021,60,24430; Angew. Chem. Int. Ed. 2021,60,18566; Angew. Chem. Int. Ed2020, 59, 9669; Angew. Chem. Int. Ed.2020, 59, 15129; Sci. China Chem. 2023,66, 1169; Sci. China Chem. 2021,64, 2105;Chem. Sci. 2023,14, 5116; Chem. Sci. 2023,14, 1673; Chem. Sci. 2022,13, 13623; Macromolecules2022, 55, 8556; ACS Macro Lett.2021, 10, 690; Small2021,17, 2103177;Aggregate2023, 4, e351; Aggregate2023, 4, e262等）。
為了模擬天然變構(gòu)蛋白質(zhì)，研究人員致力于開發(fā)新的策略、程序和設(shè)備來有效地構(gòu)建手性聚合物組裝體，并進一步開發(fā)有效的手性光學(xué)裝置。其中，溶液自組裝和聚合誘導(dǎo)手性自組裝（Polymerization-induced chiral self-assembly, PICSA）是構(gòu)建手性聚合物組裝體的兩種主要方法，前者的聚合和組裝過程逐步進行，后者則同時進行。在手性聚合物組裝體的研究中，傳統(tǒng)的溶液自組裝方法通常耗時費力，且所生成的手性聚合物組裝體的含量相對較低。此外，由于使用混合溶劑體系，目標(biāo)手性聚合物的制備過程變得復(fù)雜且效率較低。
圖1.溶液自組裝和聚合誘導(dǎo)手性自組裝
自2020年以來，程笑笑博士和張偉教授等人報道的用于高效制備手性聚合物組裝體的新型PICSA技術(shù)迅速引起了眾多科研工作者的興趣。大多數(shù)“活性”/可控聚合技術(shù)如可逆加成-斷裂鏈轉(zhuǎn)移（RAFT）聚合、原子轉(zhuǎn)移自由基聚合（ATRP）和氮氧穩(wěn)定自由基聚合（NMP），都能夠被應(yīng)用，且PICSA能夠在高固體濃度（高達50 wt%）下有效地制備出多種形態(tài)的手性聚合物超分子組裝體。隨著手性聚合物體系領(lǐng)域的發(fā)展，深入理解手性轉(zhuǎn)移途徑和PICSA體系設(shè)計基礎(chǔ)的重要性日益凸顯。為此，應(yīng)Angew. Chem. Int. Ed.雜志資深副主編Dr. Diane Smith女士的邀請，程笑笑博士和張偉教授總結(jié)了通過PICSA策略原位構(gòu)建、調(diào)控、放大和應(yīng)用不對稱超結(jié)構(gòu)的最新進展。盡管已有多篇評論分別探討了PISA及螺旋聚合物的進展，此篇minireview為研發(fā)人員呈現(xiàn)這兩個領(lǐng)域的綜合視角。同時，強調(diào)了基于PICSA過程的新興構(gòu)建原理和控制方法，特別是在平衡與非平衡條件下的途徑復(fù)雜性。
圖2.通過PICSA策略原位構(gòu)建、調(diào)控、放大和應(yīng)用不對稱超結(jié)構(gòu)
以上工作受到了國家自然科學(xué)基金(92356305, 22301208)，江蘇省自然科學(xué)基金(BK20230505)，中國博士后基金(2022M722312)以及安徽省高等學(xué)校自然科學(xué)基金(2022AH050965)的經(jīng)費支持。相關(guān)成果以“Polymerization-induced Chiral Self-assembly for the In-situ Construction, Modulation, Amplification and Applications of Asymmetric Suprastructures”為題發(fā)表于《Angew. Chem. Int. Ed.》上。文章的第一作者為程笑笑博士，通訊作者為程笑笑博士和張偉教授。
原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202414332
