自組裝是生物體乃至自然界中普遍存在的一種現(xiàn)象，生物內(nèi)源分子包括蛋白質(zhì)、多肽、脂類和DNA等均能通過分子間弱相互作用（包括靜電力、范德華力、π效應(yīng)和疏水作用等）的協(xié)同組裝形成各種有序結(jié)構(gòu)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)生命功能，引發(fā)生命特征。如何通過調(diào)控分子間弱相互作用將生物分子（尤其是生物小分子）組裝成為與生物體具有類似結(jié)構(gòu)和功能的體系是一個(gè)長期的挑戰(zhàn)。近日，中國科學(xué)院過程工程研究所科研團(tuán)隊(duì)與德國馬普膠體與界面研究所、英國布里斯托大學(xué)和中科院化學(xué)所合作在自組裝生物分子材料的功能設(shè)計(jì)和調(diào)控方面取得了進(jìn)展。

在前期研究工作中，受與阿爾茨海默癥（Alzheimer’s desease）致病相關(guān)的β淀粉樣多肽纖維形成的分子過程啟發(fā)，該團(tuán)隊(duì)以小分子肽作為組裝基元發(fā)展了一系列功能性的有序分子組裝體和材料，并開發(fā)了其在生物醫(yī)藥方面的應(yīng)用（Angew. Chem. Int. Ed. 2011, 50, 11186；Adv. Mater.2011, 23, 2796；ACSNano 2012, 6, 111；Adv. Mater.2012, 24, 2663）。在最近的研究中，科研人員發(fā)現(xiàn)通過調(diào)控二元組分協(xié)同自組裝的驅(qū)動(dòng)力可以將生物啟發(fā)的二肽與卟啉進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，制備多功能的具有“多室”結(jié)構(gòu)的微球體系，從分子層次上研究了結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系，闡釋了分子協(xié)同自組裝的機(jī)理。二肽和卟啉可被視為“前生物”分子（prebiotic molecules），對它們自組裝的研究，為理解在生命起源和發(fā)展階段生物分子如何通過自組裝過程形成功能的復(fù)雜體系提供了參考和新思路。該研究結(jié)果發(fā)表于Angew. Chem. Int. Ed. 2014, 53, 2366。

同時(shí)，在超聲輔助下科研人員實(shí)現(xiàn)了天然多糖的可控組裝及微囊化制備（Adv. Healthcare Mater.）。分子內(nèi)三維交錯(cuò)的氫鍵作用使多糖很難進(jìn)行分子間的重新組裝。該研究通過超聲能輔助實(shí)現(xiàn)了氫鍵作用分子內(nèi)和分子間的開關(guān)，制備了微囊化的多糖微結(jié)構(gòu)，并研究了多糖膠囊的藥物控釋能力。

該研究得到了中科院、中組部和國家自然科學(xué)基金委的大力支持。

二肽和卟啉協(xié)同自組裝的多功能微球：A)機(jī)理示意圖；B)光學(xué)顯微鏡照片；C)斷面的掃描電子顯微鏡照片；D)光催化合成的無機(jī)納米顆粒的透射電子顯微鏡照片。