深研院李子刚课题组在科学·进展报道螺旋多肽自组装新模式研究成果

近日，北京大学深圳研究生院李子刚研究组及其合作者在Science子刊Science Advances在线发表关于α-螺旋多肽自组装新模式及其在储能方面的应用的最新研究成果，题为“Tuning peptide self-assembly by an in-tether chiral center”。

多肽分子精准的层级自组装（hierarchical self-assembly），作为一种自下而上（bottom-up) 的生物纳微材料制备方法，其在仿生学、催化、物质星散、生物电子器件领域受到越来越多的正视。与无机纳米材料相比，多肽分子具有来源广泛、自然可降解、生物兼容性好、易于修饰等特点。以FF（F: 苯丙氨酸）二肽及其衍生物为代表，通过一系列物理（电场辅助法，磁场辅助法，温度辅助法，超声辅助法）和化学（pH，溶剂法，催化法）手段，精准操控多肽分子自组装的路径，得到了多肽纳米管、纳米纤维、纳米线、纳米凝胶、纳米量子点等一系列具有特别结构的纳微多肽材料。这些材料或具备优秀的半导体性子，或显现出优胜的柔韧性以及特别的光学性子。在诸如柔性超级电容器/电池、压电器件、生物传感、光导器件，以及生物医学领域得到了广泛的应用。

多肽分子自组装是通过调节多肽分子之间非共价作用，如范德华力、氢键网络、疏水相互作用、π

近年来，深研院李子刚课题组开发了多种螺旋多肽构建方法，其中包括手性诱导螺旋稳固多肽系统（Chirality induced Helicity, CIH）。该方法的特点是通过在多肽侧环中引入一个特定位点的手性中间，可以实现对多肽二级结构的调控。基于该系统，研究人员认为：可以通过主链之外的驱动力-侧环相互作用，来填补螺旋多肽主链自组装驱动力不足的瑕玷，实现一种新型模式的多肽组装方法，即所谓的“侧环驱动”多肽自组装。基于如许一种构想，研究人员进行了过细的筛选和表征。他们以五肽为模型，设计合成了一系列具有手性侧环的五肽分子，取名为BDCP（BeiDa cyclic peptide: 北大环肽）。效果注解，当BDCP为螺旋结构，且侧环庖代基具有芳香性时，多肽分子可以组装成纳米管/纳米带结构。

多肽分子的结构以及组装体的SEM照片

北大深研院蒋帆博士和深圳晶泰公司张佩宇博士等对多肽自组装的机理进行了研究。对多肽组装结构进行了晶型展望，得到了多肽分子的组装模型。该模型表现出了和实验效果优秀的同等性。效果注解，多肽分子间的π-π相互作用、S-π 相互作用，以及氢键网络驱动了多肽分子的组装。在多肽组装体中，极性和非极性界面依次形成，且每两个极性层的偶极子方向相反，如许使组装体内部的偶极相互作用得以相互抵消，进一步稳固了组装体。这也是该领域首次报道S-π相互作用参与多肽自组装的例子。

多肽组装体的分子晶体结构展望示意图

在此基础上，作者进一步研究了组装材料的光学和电学性子。在不同激发光照射下，多肽组装体可以发出从蓝色到红色荧光。该材料在生物成像领域存在伟大的应用前景。在电学测试中，课题组和北京大学深研院新材料学院王新炜课题组，以及中国科学院北京纳米能源与体系研究所李舟课题组合作，探究了多肽组装体作为超级电容器活性材料的储能性子。2009年，来自以色列的科学家首次报道了环状苯丙氨酸二肽“纳米森林”材料在储能方面的应用。该研究表现了多肽材料具有优秀的力学、电学性子，结合多肽纳米材料较高的比外观积、合适的亲疏水性，以及精良的导电性子等好处，多肽储能成为了下一代柔性、可植入、轻质、无污染储能器件的潜在选项。在本研究中，作者体系地比较了四组多肽分子的电化学性子，效果注解多肽材料储能大小可以通过多肽序列来调控。通过循环伏安法、恒流充放电等电化学测量手段，作者证实CIH多肽材料具有优秀的循环稳固性、倍率性以及高于FF多肽材料的比电容性子。

多肽组装体的电化学性子测试

该项研究不仅在多肽自组装方面具有紧张的理论价值，而且具有紧张的应用前景。文章共统一作是北京大学深研院卒业生胡宽（博士）以及2014级博士生江意翔。通信作者是北京大学深研院李子刚教授，共同通信作者为北大深研院王新炜研究员、蒋帆副教授，以及中国科学院北京纳米能源所李舟研究员。研究得到美国威斯康星麦迪逊大学Samuel Gellman教授的帮助，以及国家天然科学基金委、科技部、深圳科创委果相干科研经费支撑。（文/胡宽）

编辑：山石