手性超螺旋组装体的构筑及形貌动态调控

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上海交通大学冯传良课题组提出了一种利用联苯作为C2对称分子基元中心核的方法,巧妙构筑了具有多层级手性结构的超螺旋组装体。进一步通过调控二价铁与三价铁间的原位转变,赋予了超螺旋组装体形貌动态转变的性能。研究发现,这种超螺旋结构不仅可以促进细胞黏附与生长,还可以将超螺旋结构转变为纳米球,成功实现细胞脱附,避免了传统细胞培养过程中,收集细胞时使用胰蛋白酶对细胞造成的损伤。



生命体内许多生理功能实现,往往依赖于具有动态转变能力的手性结构,如双螺旋DNA的解旋与复原是DNA复制和转录的先决条件。尽管现有研究已证明手性结构的动态转变可以通过外部刺激如光,PH,离子,温度等实现,但是如何构筑出可动态转变的高度复杂手性结构(如超螺旋)仍是一个挑战。


 

上海交通大学冯传良课题组基于以往对于C2氨基酸衍生物的研究(Angew. Chem. Int. Ed. 201857, 5655 –5659,Angew. Chem. Int. Ed. 201655, 2411 –2415),提出了一种用联苯替代单苯环作为C2氨基酸衍生物中心核的方法,成功构筑出了超螺旋组装体结构。如下图所示,SEM和AFM证明超螺旋结构所具有分子高度有序组装的形貌。结合XRD,FTIR,NMR和DFT实验,证明了这种超螺旋的形成是由于中心联苯的旋转堆积联合酰胺键间的氢键形成的。

 


此外,这种超螺旋结构的动态转变可以通过原位氧化二价铁或还原三价铁实现,并且该过程可以多次重复。启迪于生命体的各种动态手性结构,我们接着研究了动态超螺旋在生物方面的应用。如下图所示,我们发现超螺旋具有良好促进细胞黏附和生长的作用,这证明了超螺旋手性结构在生物应用方面的优势。在原位氧化二价铁后,超螺旋转变为纳米球并成功释放出细胞,收集释放出的细胞再培养,我们发现细胞依旧保持良好的活性。



综上所述,该工作通过设计以联苯为中心核的C2对称分子,成功构筑了动态超螺旋结构,这对今后设计先进仿生手性材料提供了一种新策略。该工作以research article的形式发表在CCS Chemistry 上,已在官网“Just Published”栏目上线。文章的第一作者是上海交通大学材料科学与工程学院郜来奔博士,窦晓秋博士和冯传良教授为通讯作者。



文章详情:

Biphenyl Induced Super-Helix in L-Phenylalanine based Supramolecular Self-Assembly with Dynamic Morphology Transitions

Laiben Gao, Yueyue Feng, Chao Xing, Yu Zhao, Meng Sun, Yunqing Zou, Changli Zhao,

Xiaoqiu Dou*, Chuanliang Feng*.

Cite this: CCS Chem. 2021, 3, 2863–2875

文章链接:https://doi.org/10.31635/ccschem.021.202101284



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