高分子氢键复合辅助成形制备多组分纤维的研究
批准号        51973029       
学科分类        设计与制备 ( E030301 )
项目负责人        杨曙光       
依托单位        东华大学
资助金额        60.00万元       
项目类别        面上项目       
研究期限        2020 年 01 月 01 日 至2023 年 12 月 31 日

纤维材料改性国家重点实验室固定成员、东华大学先进低维材料中心副主任、材料科学与工程学院教授杨曙光荣获“2019年度中国化学会高分子科学创新论文奖”。中国化学会高分子科学创新论文奖每年评选两名获奖者，分别授予高分子化学和高分子物理领域的研究者，在每两年举办一次的全国高分子学术论文报告会上授奖。在2019年西安举行的全国高分子学术论文报告会开幕式上，中国化学会高分子学科委员会主席张希院士给中国科学技术大学刘世勇教授、中国科学院化学研究所侯剑辉教授、复旦大学陈国颂教授、东华大学杨曙光教授颁发该奖项。


杨曙光教授获奖论文发表于Chinese Journal of Polymer Science 2017, 35, 1001-1008，探讨如何调节高分子链间的氢键，利大分子氢键界面复合过程制备核壳结构的纳米纤维。杨曙光教授长期研究大分子复合（polymer complexation）和大分子凝聚（polymer coacervation）这些基本的高分子物理过程。生命的起源、生理组织的进化、食品加工制备等重要的过程都与大分子的复合和凝聚相关。结合东华大学学科特色，根据纤维材料改性国家重点实验室的学科布局，杨曙光教授提出了利用大分子复合和凝聚过程制备多组分多结构纤维的设想，以期获得可以与生命体系交互的自适应智能纤维，其研究工作获得国家自然科学基金，东华大学励志计划等资助，发表了系列研究论文（ACS Macro Letter 2016, 5, 814-818; Chinese Journal of PolymerScience 2017, 35, 1001-1008; Materials Today Communications 2019, 19, 425-432; Advanced Fiber Materials 2019, 1, 71-81），得到国内外同行的关注，本次获奖论文就是其中之一。并且还同时在国内中文期刊《高分子学报》和国内英文期刊《SCIENCE CHINA-Technological Sciences》上发表综述论文总结国际上与大分子复合和凝聚相关的纤维研究工作，进一步阐述学术观点。

题目：高分子氢键复合与低维材料体系构筑
报告人：杨曙光教授 东华大学先进低维材料中心副主任
时间：2019年1月11日（周五）上午10：00
地点：上海交通大学化学A楼518会议室
邀请人：颜徐州 研究员


报告人介绍：
   杨曙光，男，1979年7月出生，理学博士、教授、博士生导师。2002年武汉大学化学基地班本科毕业，2007年中国科学院化学研究所获高分子化学与物理博士学位。2007至2008年，北京大学高分子科学与工程系研究助理，2008至2010年，美国阿克隆大学高分子科学系博士后。2010年10月至今东华大学材料科学与工程学院、纤维改性国家重点实验室教授。2015年10月至今任东华大学先进低维材料中心副主任。曾荣获中国科学院化学研究所青年科学特别奖、中国科学院院长优秀奖、桑麻奖教金等荣誉称号。先后承担国家和省部级科研项目十余项，讲授及主持课程4门，在化学、材料、工程领域发表SCI期刊论文90余篇，申请专利15项。
内容介绍：
   氢键是最值得关注的非共价相互作用之一，在生命过程和物质性能方面扮演这重要的作用。氢键的作用能在几千焦每摩尔到几十千焦每摩尔范围之间，使之氢键作用体系表现出丰富动态（dynamic）和适应（adaptive）行为。
   不同高分子可以基于氢键的相互作用在溶液中聚集形成复合物(polymer complex)。这一高分子氢键复合过程可以用于构筑低维材料体系，例如薄膜、纤维、胶束以及微胶囊。本次报告交介绍利用高分子氢键复合成膜的系列研究工作，以及最近利用高分子氢键复合过程制备多组分多功能纤维的研究进展。

高分子复合物纤维的研究进展

刘德中 , 李皆富 , 黄文弢 , 杨曙光 ,

纤维材料改性国家重点实验室 东华大学先进低维材料中心 材料与科学工程学院 上海 201620

通讯作者: 杨曙光, shgyang@dhu.edu.cn
摘要: stringUtils.convertMathHtml(功能化和智能化是纤维发展的趋势.单一组分纤维难以满足日益发展的需求，而多组分纤维能够集中不同组分的特点，实现性能的集成与优化.通过非共价相互作用，高分子聚集而形成多组分均相体系，称为高分子复合物.利用高分子复合物的形成过程使纤维成型；或者直接利用高分子复合物进行纺丝而得到的纤维称为高分子复合物纤维.高分子复合物纤维，各组分可以达到分子层面上的相容性，给我们提供了一个功能纤维和智能纤维设计开发的平台.本文详细阐述了各类高分子复合物纤维的研究现状，并展望高分子复合物纤维的未来发展.)

        张文彬教授和杨曙光教授团队基于彼此正交的谍蛋白反应对（SpyCatcher/SpyTag）和探蛋白反应对（SnoopCatcher / SnoopTag），设计出具有互补反应性的蛋白质构筑单元（CBC和DAD），实现了共价交联的全蛋白质层层组装功能薄膜。

图1. 通过正交的“谍化学与探化学”实现共价交联的全蛋白质层层组装

       该设计以弹性蛋白为基质，以排除谍反应和探反应严苛的空间要求对于膜生长的影响，同时，在CBC蛋白中，可以模块化地引入折叠蛋白结构域（比如超级铀结合蛋白SUP）。利用该融合蛋白CBC-SUP与DAD交叉反应亦可以实现稳健的薄膜生长。蛋白质天然的刺激响应性赋予了薄膜对于多重刺激的敏感和响应性（比如pH，温度，离子强度，多种二价阳离子等）。超级铀结合蛋白的引入则进一步赋予了蛋白质薄膜（CBC-SUP/DAD）特异性吸附铀酰阳离子的特性。

       团队进一步将这种全蛋白质层层组装的方法拓展到非生物基的材料（比如硅胶）的表面功能化。他们在硅胶表面实现了全蛋白质层层组装，并仔细研究了材料吸铀的能力，发现其吸铀容量和效率均与硅胶表面的蛋白质层数与含量线性相关。更有趣的是，在多层膜中，不仅内层膜在结合铀酰离子方面和外层一样有效，多层结构之间的SUP还可以起到一定的协同作用，促进铀酰离子的结合效率。同时，由于多层膜结构的存在，即使经过多次吸铀循环，该材料的性能并没有太大损失。该工作利用正交的蛋白反应实现了全蛋白质层层组装，为有效结合蛋白质和非生物基材料的功能提供了一个功能强大的平台，其应用示例使用含有SUP的蛋白质功能薄膜实现了从含有极微量铀酰离子（10 nM）的海水中高效提取铀，有望为解决海水提铀这一公认的、可改变世界的七大化学分离挑战提供新的解决思路，并可能被拓展到一系列其他的应用领域，比如酶工程和生物传感器等。

        以上成果发表在Biomacromolecules（DOI: 10.1021/acs.biomac.8b00190）上，论文的第一作者为北京大学化学与分子工程学院与东华大学材料科学与工程学院联合培养博士生张雪健，通讯作者为张文彬研究员和杨曙光教授。香港科技大学的孙飞教授和北京大学化学学院应用化学系的刘春立教授亦参与了该合作研究。

论文链接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.biomac.8b00190