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湖南大學白玉罡課題組/邢航課題組 Nat. Commun.:一種基于MOF催化的納米聚合系統用于快速合成聚多肽及多肽復合材料
2023-09-14  來源: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可調性,備受生物醫藥領域和材料工程領域的研究者們的關注。近二十年以來,隨著氨基酸環內酸酐(NCA)開環聚合制備聚多肽的技術不斷革新,聚多肽材料逐漸在抗菌、藥物/基因遞送和組織工程等領域被廣泛研究和應用。然而,由于NCA聚合過程往往存在引發效率低、聚合速率緩慢、對環境敏感以及分子量難控制等問題,導致其獲得的聚多肽在材料領域的應用受到極大的限制,而將聚多肽與其他材料進行復合應用的研究更是鮮有報道。


  湖南大學白玉罡教授和邢航教授團隊利用納米尺度的金屬有機框架(MOF)材料作為非均相的催化劑,通過催化其表面配位的水分子引發NCA單體開環,聯合聚合過程中螺旋短肽的自催化加速過程,共同形成了一種高效可控的納米NCA聚合系統,該系統不僅能高效可控的合成聚多肽,還能快速制備MOF@聚多肽復合材料。 



  作者通過對聚多肽末端基團的表征分析,驗證了MOF催化表面水分子引發開環聚合的機理。聚合過程的動力學監測和產物聚多肽的表征分析等結果表明,該聚合體系具有兩個催化聚合階段,即MOF催化引發階段和α-螺旋短肽自加速鏈增長階段,這兩種催化的結合使聚合反應過程可控,轉化率和產率高,且對環境中水的敏感性大大降低。此外,MOF納米顆粒作為非均相NCA聚合催化劑能夠簡單方便的實現再生和循環使用。 



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



  綜上所述,作者結合MOF非均相納米催化和NCA開環聚合,開發了一種新的納米催化NCA聚合系統,基于該系統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@聚多肽復合材料,為聚多肽材料的制備方法與材料科學領域的實際應用之間的橋聯開拓了新的思路。


  此項工作湖南大學化學化工學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。作者感謝國家自然科學基金委、湖南省湖湘人才計劃和湖南省科技廳的項目資助,以及西湖大學程建軍教授對本課題的建議。


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


課題組簡介:

  湖南大學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、性質與應用。課題組的兩個主要方向是:1基于大分子體系的活體內非天然催化系統的建立與應用;2抗菌、抗病毒(Antimicrobials)大分子的設計、制備與應用研究。課題組目前招收2024年入學的保研本科生和博士,以及隨時進組的科研助理,歡迎有興趣的同學聯系。課題組主頁:www.baigroup.online

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(責任編輯:xu)
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