李志波：含可结晶疏水聚类肽的嵌段共聚物组装构筑超分子纳米片

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近年来，超分子二维（2D）纳米材料因其在传感器、催化、生物矿化和药物输送等领域中的潜在应用而备受关注。大多数研究工作集中在探索如何以可控的方式构建2D纳米结构。通常，天然生物分子通过分级自组装折叠成复杂的结构，而通过这种自组装方式横向延伸构筑2D纳米片还鲜有报道。之前已经有类肽低聚物能够折叠形成2D纳米片的研究，而这些类肽低聚物都是通过固相方法合成，虽然这种方法可以对单体序列和链长进行有效控制，然而产量非常低。除了固相合成方法之外，开环聚合（ROP）是合成具有不同功能的类肽聚合物以及嵌段共聚物的有效、普适的策略。该方法还有一个显著优点是可以很方便地实现大量制备。目前，基于类肽聚合物材料的自组装结构仅有少数几种，如球形、圆柱形和囊泡等。构建2D自组装结构的研究有待于进一步的尝试和探索。

近日，青岛科技大学李志波教授与孙静教授合作开发了一种新策略，采用ROP方法设计并合成了一系列PEG-b-聚（N-（2-苯基乙基）甘氨酸）（PEG-b-PNPE）两嵌段共聚物，通过引入苯基为体系提供双重疏水作用和π−π堆积相互作用。研究表明，通过对PNPE链段的链长的调节，这些PEG-b-PNPE两嵌段共聚物可以在水中可控的形成纳米片和纳米纤维，同时在甲醇的辅助下，所有PEG-b-PNPE两嵌段聚合物都在甲醇/水混合物中都能够形成厚度为4-5nm的2D纳米片，此外，作者成功的通过冷冻TEM技术捕捉到了溶液中横向排列纤维的中间状态。该成果以题为" Supramolecular Nanosheets Assembled from Poly(ethylene glycol)-b-poly(N-(2-phenylethyl)glycine) Diblock Copolymer Containing Crystallizable Hydrophobic Polypeptoid: Crystallization Driven Assembly Transition from Filaments to Nanosheets "发表在国际著名高分子期刊Macromolecules上。

作者合成了一系列基于类肽的嵌段共聚物，其中N-（2-苯基乙基）-甘氨酸（NPE）是疏水单元，研究发现在水溶液中含有较短PNPE链容易获得仅4-5nm厚度的共聚物二维超薄纳米片。GIWAXS结果表明，纳米片形成的主要驱动力是PNPE链段的结晶性能。而在甲醇的辅助下，具有不同PNPE链长的PEG-b-PNPE共聚物都能够在甲醇/水混合溶剂形成纳米片结构。此外，作者还证明了PEG-b-PNPE首先在甲醇中形成纳米纤维，并 通过冷冻TEM技术捕捉到了溶液中横向排列纤维的中间状态。因此，可扩展的合成方法和优异的生物相容性使得本文中基于类肽的纳米片有望用于生物医学等应用。

文献链接：Supramolecular Nanosheets Assembled from Poly(ethylene glycol)-b-poly(N-(2-phenylethyl)glycine) Diblock Copolymer Containing Crystallizable Hydrophobic Polypeptoid: Crystallization Driven Assembly Transition from Filaments to Nanosheets (Macromolecules 2019, DOI: 10.1021/acs.macromol.8b02230)