肽基功能材料的微流控制备

The continuous assembly of functional materials with precisely controlled architectures from simple molecular building blocks still remains a formidable challenge in the field of supramolecular self-assembly. By virtue of the microfluidic technologies, in this proposal we use various microfluidic interfaces to control the self-assembly of peptide molecules into highly ordered functional materials with precisely controlled architectures on a wide range of scales. Moreover, biological applications based on the self-assembled materials were further assessed. In specific investigation: ①We use the flow focusing, liquid-liquid mixing or the shear forces of the lamellar flows in the microfluidics to intensify the mass, heat and velocity transfer during the assembly of peptide molecules. This allows us to achieve the continuous fabrication of peptide-based functional nanomaterials with enhanced assembling rate. The application of the self-assembled nanomaterials in the field of biological catalysis was further assessed. ②We use the microfluidic droplets and parallel lamellar（multiphase）flows as the templates to control the hierarchical self-assembly of peptide molecules with polysaccharides, enzymes or metals ions localized at the liquid-liquid interfaces, and investigate the influences of the shear forces and the surface tension on the self-assembling behavior of the peptide molecules. This allowed us to fabricate hierarchically ordered functional materials with precisely controlled architectures. The application of the self-assembled hierarchical materials in the field of drug release and biological catalysis was further assessed. The concepts, methodologies as well as results of this proposal can open an avenue for the design, manipulation and applications of supramolecular self-assembling systems.

如何通过简单分子实现材料的精准、可控与连续制备，是超分子自组装领域的研究热点，也是难点之一。本项目以肽类分子为核心，通过引入微流控技术，以实现分子组装过程的强化与多尺度调控，合成具有不同尺度、结构的肽基功能材料，并探索其在生物化学工程领域的应用。具体研究中：①筛选具有不同组装特性的肽类分子，利用微流控中的流动聚焦、液-液界面、流体剪切力等，强化组装过程中的“三传、一反”，实现多肽纳米材料的高效连续制备，并建立相关材料的生物催化应用体系；②以微流控中的液滴或平行层流（多相）流体为模板调控肽类分子与多糖、酶蛋白、金属离子等在液-液界面的多级自组装，考察流体剪切力、界面张力等对多肽自组装行为的影响，实现多级有序肽基微米复合材料的精准可控制备，并建立相关材料的药物缓释、生物催化应用体系。本项目研究思路、方法和成果可为超分子自组装体系的设计、调控和应用提供参考。

本项目以肽类分子为核心，通过引入微流控技术，以实现分子组装过程的强化与多尺度调控，合成具有不同尺度、结构的肽基功能材料，并探索其在生物化学工程领域的应用。具体研究中：.通过筛选不同的功能小分子以及多肽分子，利用液滴或微流体中的界面毛细力、流体剪切力等，以及分子间的静电相互作用、苯环堆积等、实现了对多肽分子自组装行为的多级调控，获得了结构精细可控的纳米螺旋，以及具有仿酶催化活性的多肽自组装纳米颗粒，相关材料可应用于手性检测、生物催化体系，并可作为合成模板，通过仿生矿化，制备结构高度有序的无机纳米材料。.根据艾滋病病毒囊膜蛋白上的V3多肽与猿猴空泡病毒大T抗原蛋白的核定位序列，设计合成了两条具有跨细胞膜与核膜的功能多肽，并调控其组装形成仿病毒纳米颗粒。该颗粒可作为“特洛伊木马”，携带核酸类基因药物，以类似病毒的跨膜方式将基因药物靶向运送至免疫细胞，可为病毒性疾病的靶向基因治疗提供有益参考。.相关研究思路和方法，可为功能性多肽超分子自组装材料的精准连续制备以及应用提供参考。研究成果发表在Angew Chem、ACS Nano、Chem Mater、Small等10余种知名学术期刊，累计发表研究性论文 16 篇，其中JCR一区论文10篇、7篇被遴选为封面、封底文章。研究成果受到了《科技日报》、中新网等多家媒体的关注与报道。