摘 要 近年來(lái)，苯丙氨酸二肽類分子的自組裝研究受到了廣泛關(guān)注，已成為超分子化學(xué)、生物材料科學(xué)研究的前沿領(lǐng)域之一。苯丙氨酸二肽類納米組裝體因具有結(jié)構(gòu)多樣、易功能化以及良好的生物相容性等優(yōu)點(diǎn)，在納米制造、組織修復(fù)等方面展示出巨大的應(yīng)用潛力。本文從分子設(shè)計(jì)、組裝結(jié)構(gòu)調(diào)控與材料應(yīng)用三個(gè)層次系統(tǒng)綜述了苯丙氨酸二肽類分子自組裝的研究進(jìn)展。首先總結(jié)了苯丙氨酸二肽類分子的修飾改性，包括乙酰基、芳香環(huán)、氨基酸、短肽等基團(tuán)。然后，重點(diǎn)介紹了苯丙氨酸二肽類分子自組裝的調(diào)控策略和方法，如溶劑、界面、氣相、多組分共組裝和酶催化組裝。最后，介紹了苯丙氨酸二肽類自組裝材料在納米材料合成、傳感檢測(cè)、藥物傳遞及組織修復(fù)等方面的應(yīng)用現(xiàn)狀，并分析了該領(lǐng)域今后的發(fā)展方向。
超分子自組裝是指分子在一定熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)條件下通過(guò)非共價(jià)相互作用（如氫鍵、靜電作用、π⁃π 堆積、疏水作用等） 而自發(fā)形成有序結(jié)構(gòu)的過(guò)程［１ ～ ５］。在生物體內(nèi)，多肽、蛋白、核苷酸、磷脂等分子，均可通過(guò)自組裝形成有序的功能性高級(jí)結(jié)構(gòu)。借鑒生物體內(nèi)的這種自組裝現(xiàn)象，國(guó)內(nèi)外學(xué)者設(shè)計(jì)合成了大量不同序列的多肽類分子，進(jìn)而自組裝成多肽類納米結(jié)構(gòu)［２， ４ ～ ９］。
２００３ 年，以色列科學(xué)家 Ｇａｚｉｔ 研究小組發(fā)現(xiàn)源自 Ａβ 淀粉樣蛋白的核心片段———苯丙氨酸二肽（ＮＨ２⁃Ｐｈｅ⁃Ｐｈｅ⁃ＣＯＯＨ，ＦＦ），在水溶液中可自組裝形成穩(wěn)定的納米管［１０］。隨后，有大量研究報(bào)道了以ＦＦ 為組裝核心的分子修飾、新型肽類分子設(shè)計(jì)、組裝過(guò)程和結(jié)構(gòu)調(diào)控、材料性能強(qiáng)化和應(yīng)用探索等。其中，中科院化學(xué)所李峻柏研究小組設(shè)計(jì)了一種陽(yáng)離子苯丙氨酸二肽，并在自組裝調(diào)控和材料應(yīng)用方面開展了系統(tǒng)的工作［１］。根據(jù) ＦＦ 二肽類分子結(jié)構(gòu)以及組裝條件的不同，可獲得量子點(diǎn)、納米球、納米／微米管、納米線、納米／ 微米囊、納米纖維／ 凝膠、納米管／ 納米線陣列等組裝體材料［１］。鑒于這些材料的獨(dú)特性能，如結(jié)構(gòu)穩(wěn)定多樣、易修飾、生物相容性好、電子傳輸效率高等，其潛在的應(yīng)用研究亦受到高度關(guān)注，特別是在無(wú)機(jī)／ 有機(jī)納米材料合成、傳感檢測(cè)、藥物傳遞、組織修復(fù)、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。
本研究小組近年來(lái)圍繞苯丙氨酸二肽類分子組裝開展了多項(xiàng)工作，包括二茂鐵⁃ＦＦ 分子設(shè)計(jì)與組裝調(diào) 控［１２］、 溶 劑／ 界 面 調(diào) 控 ＦＦ 二 肽 組 裝［１３ ～ １６］、Ｆｍｏｃ⁃ＦＦ ／ 多糖共組裝與藥物傳遞應(yīng)用［１７］ 等。結(jié)合這些研究工作，本文從分子設(shè)計(jì)、組裝結(jié)構(gòu)調(diào)控和材料應(yīng)用三個(gè)層次系統(tǒng)綜述了國(guó)內(nèi)外在苯丙氨酸二肽類分子自組裝方面的研究進(jìn)展。特別地，針對(duì)近年來(lái)在該領(lǐng)域的最新發(fā)展，如界面調(diào)控、多組分共組裝、酶催化組裝、新應(yīng)用等，進(jìn)行了介紹和分析。
２ 苯丙氨酸二肽類分子設(shè)計(jì)
除了兩性苯丙氨酸二肽之外，中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所李峻柏研究小組報(bào)道了一種陽(yáng)離子苯丙氨酸二肽（ＮＨ２⁃Ｐｈｅ⁃Ｐｈｅ⁃ＮＨ２ ，圖 １）［１８］。研究發(fā)現(xiàn)，該分子在生理?xiàng)l件（ｐＨ ＝ ７.２）下自組裝形成納米管，并可通過(guò)稀釋使二肽分子發(fā)生重排進(jìn)一步組裝成納米囊。此外，還有文獻(xiàn)報(bào)道 Ｄ 型苯丙氨酸二肽（Ｄ⁃Ｐｈｅ⁃Ｄ⁃Ｐｈｅ）［１９］、苯丙氨酸⁃α，β⁃脫氫苯丙氨酸二肽（ＮＨ２⁃Ｐｈｅ⁃ΔＰｈｅ ⁃ＣＯＯＨ）［２０］也可組裝成納米管結(jié)構(gòu)。
為了賦予苯丙氨酸二肽新的自組裝行為，并拓展組裝體的結(jié)構(gòu)和性能，二肽分子的化學(xué)改性引起了國(guó)內(nèi)外學(xué)者的極大興趣。一方面，在苯丙氨酸二肽的氨基端修飾上特殊基團(tuán)（圖 １），包括烷基類，如乙酰基（Ａｃ⁃）、Ｎ⁃叔丁氧羰基（Ｂｏｃ⁃）；巰基類，如半胱氨 酸 （ ＮＨ２⁃Ｃｙｓ⁃）；芳 香 環(huán) 類， 如 Ｎ⁃芐 氧 羰 基（Ｃｂｚ⁃）、萘乙�；ǎ危幔�⁃）、Ｎ⁃芴甲氧羰基（ Ｆｍｏｃ⁃）、二茂 鐵 羰 基 （ Ｆｃ⁃） 等。例 如， 自 １９９５ 年 Ｖｅｇｎｅｒｓ等［２１］報(bào)道了 Ｆｍｏｃ 保護(hù)的氨基酸和二肽可形成水凝膠以來(lái)，Ｆｍｏｃ 基團(tuán)被廣泛用于肽類超分子水凝膠體系的分子修飾。另一方面，在芳香環(huán)修飾的苯丙氨酸二肽基礎(chǔ)上，繼續(xù)修飾氨基酸，如在 Ｆｍｏｃ⁃Ｐｈｅ⁃Ｐｈｅ⁃ＣＯＯＨ 上 修 飾 苯 丙 氨 酸 形 成 Ｆｍｏｃ⁃（ Ｐｈｅ ）３⁃ＣＯＯＨ；在 Ｎａｐ⁃Ｐｈｅ⁃Ｐｈｅ⁃ＣＯＯＨ 上修飾 Ｌｙｓ⁃Ｔｙｒ 形成Ｎａｐ⁃（Ｐｈｅ）２⁃Ｌｙｓ⁃Ｔｙｒ 等。
此外，研究發(fā)現(xiàn)，在單一苯丙氨酸分子上修飾芳香環(huán)基團(tuán)，如 Ｆｍｏｃ⁃Ｐｈｅ⁃ＯＨ［４２］，Ｆｃ⁃Ｐｈｅ⁃ＯＨ［４３］ 等，也能自組裝形成納米纖維和水凝膠。這進(jìn)一步證實(shí)芳香環(huán)修飾基團(tuán)之間的 π⁃π 堆積力是這類分子自組裝成纖維的關(guān)鍵作用力之一。
３ 苯丙氨酸二肽類分子組裝調(diào)控
目前，已報(bào)道了多種方法來(lái)誘導(dǎo)苯丙氨酸二肽類分子自組裝。其中，一條途徑是將肽類分子溶解在堿性或酸性溶液中，再通過(guò)調(diào)節(jié) ｐＨ 值誘發(fā)組裝；此外，還可通過(guò)超聲或加熱的方法直接分散溶解肽類分子，然后在靜置或冷卻的過(guò)程中發(fā)生組裝。一般情況下，苯丙氨酸二肽類分子在中性（或弱酸、弱堿）和常溫條件下更利于組裝。其中，有些肽類分子的組裝對(duì) ｐＨ 或溫度敏感，則可通過(guò)調(diào)節(jié)這兩個(gè)參數(shù)來(lái)改變分子自組裝行為。例如，ＦＦ 分子在三氟乙酸中溶解后，再加氨水調(diào)節(jié) ｐＨ 值到 ５.５ （等電點(diǎn)），可形成均一的納米線，而在水溶液中通過(guò)加熱⁃冷卻方法則組裝成了微管［４４］。Ｋｕｍａｒａｓｗａｍｙ 等［４５］進(jìn)一步考察了 ｐＨ 為 ４.０ ～ １０ 范圍內(nèi) ＦＦ 組裝體結(jié)構(gòu)的變化，發(fā)現(xiàn)在 ｐＨ ＝ ４.０ 時(shí)形成納米管，直徑為３５ ～ ６０ ｎｍ，升高 ｐＨ 后組裝體尺寸增大到幾百納米到數(shù)微米。此外，通過(guò)調(diào)節(jié)溶液 ｐＨ 值也可實(shí)現(xiàn)Ｆｍｏｃ⁃ＦＦ 分子的可控組裝：在強(qiáng)堿條件（ ｐＨ ＞ １０.５）下，Ｆｍｏｃ⁃ＦＦ 發(fā)生解離而帶負(fù)電荷，因此溶解在水溶液中；當(dāng)降低 ｐＨ 值到 ９.０ 左右時(shí)，Ｆｍｏｃ⁃ＦＦ 發(fā)生自組裝，形成納米纖維和弱凝膠；進(jìn)一步降低 ｐＨ 值到７.４，則組裝成由許多纖維構(gòu)成的扁平纖維帶，這些纖維帶進(jìn)一步形成穩(wěn)定的水凝膠；當(dāng) ｐＨ 值降低到４.７ 時(shí)，Ｆｍｏｃ⁃ＦＦ 組裝體發(fā)生聚集，透明水凝膠變?yōu)闇啙崛芤海郏矗叮矗罚�。這種 ｐＨ 和溫度響應(yīng)的自組裝行為可能與肽類分子在水溶液中的解離平衡有關(guān)。以ＦＦ 為例，強(qiáng)酸（如三氟乙酸） 可使氨基質(zhì)子化而帶正電，當(dāng)調(diào)節(jié) ｐＨ 值到等電點(diǎn)時(shí)，分子各帶一個(gè)正電荷和負(fù)電荷而成電中性，此時(shí)，靜電相互作用可能成為分子自組裝的主要驅(qū)動(dòng)力；而提高溫度則主要促進(jìn)羧基的解離而發(fā)生溶解，冷卻過(guò)程中，這種平衡被打破，但體系中離子強(qiáng)度低，導(dǎo)致多種非共價(jià)作用（特別是氫鍵）驅(qū)動(dòng)分子自組裝。由于 ＦＦ 的自組裝機(jī)理至今尚不清晰，因此，本文僅根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，結(jié)合基礎(chǔ)理論來(lái)推測(cè)其內(nèi)在調(diào)控機(jī)制。
ＦＦ 自組裝體系中已報(bào)道的有機(jī)溶劑有甲醇、乙腈、甲苯、氯仿、四氫呋喃等（表 ２）。跟水的極性相比，甲醇極性更小，但也屬于強(qiáng)極性溶劑，具有很強(qiáng)的氫鍵供體或受體能力。Ｒｙｕ 等［５２］采用 ＨＦＩＰ 溶解ＦＦ 再稀釋到甲醇中（ ＦＦ 最終濃度約 ３ ｍｇ ／ ｍＬ），獲得了直徑大于 １００ ｎｍ 的納米管結(jié)構(gòu)；但 Ａｍｄｕｒｓｋｙ等［５３］采用同樣的方法在甲醇中卻發(fā)現(xiàn)了一種直徑只有 ２０ ｎｍ 左右的顆粒，當(dāng) ＦＦ 濃度為 ８ ｍｇ ／ ｍＬ 時(shí)，該顆粒具有量子點(diǎn)的特性，即有明顯的激發(fā)波長(zhǎng)（２７０ ｎｍ，半峰寬 ＜ １０ ｎｍ） 和發(fā)射波長(zhǎng)（２９０ ｎｍ）。本團(tuán)隊(duì)采用加熱⁃冷卻的方法也考察了 ＦＦ 在甲醇中的自組裝行為，發(fā)現(xiàn)低濃度下（如 ２ ｍｇ ／ ｍＬ）在溶劑中難以形成大尺寸（ ＞ １００ ｎｍ）的組裝體［１３］，該實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象跟 Ａｍｄｕｒｓｋｙ 等報(bào)道結(jié)果相符。Ｒｉｓｓａｎｏｕ 等［６４］采用動(dòng)力學(xué)模擬手段對(duì)比研究了 ＦＦ 在水和甲醇中的自組裝行為，結(jié)果表明，ＦＦ 在甲醇中具有很弱的自組裝傾向，這也進(jìn)一步驗(yàn)證了我們的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。此外，我們還發(fā)現(xiàn) ＦＦ 在乙腈溶劑中可自組裝形成均一的納米線，其直徑約 ８０ ｎｍ，長(zhǎng)度達(dá)數(shù)微米（圖２ｄ）［１３］.
除了上述強(qiáng)極性溶劑，Ｈａｎ 等［５４］ 采用一種非極性溶劑二硫化碳（ＣＳ２ ）來(lái)調(diào)控 ＦＦ 自組裝。研究發(fā)現(xiàn)，在二硫化碳中通過(guò)簡(jiǎn)單超聲即可獲得具有液晶行為的納米線（圖 ２ｅ），并認(rèn)為該納米線仍為六方晶型，ＦＦ 單體原料中的水分子是形成晶態(tài)結(jié)構(gòu)必不可少的 成 分。ＳＥＭ 結(jié) 果 顯 示 納 米 線 平 均 直 徑 為３４６ ｎｍ，長(zhǎng)度為 ８.６ μｍ，長(zhǎng)徑比可達(dá) ２５.１。分子模擬結(jié)果顯示納米線的密度為 １.２９９ ｇ ／ ｃｍ３，接近 ＣＳ２的密度 １.２６３ ｇ ／ ｃｍ３。大長(zhǎng)徑比和相近的密度導(dǎo)致納米線可穩(wěn)定分散在 ＣＳ２ 中。當(dāng)組裝體濃度大于０.２ｗｔ％ 時(shí)，體系中開始出現(xiàn)液晶相；當(dāng)濃度大于７ ｗｔ％ 時(shí)，即可獲得均一的液晶相。這種獨(dú)特的光學(xué)特性為苯丙氨酸二肽納米材料的應(yīng)用開辟了新的方向。此外，通過(guò)三氟乙酸⁃氨水調(diào)控 ｐＨ 法在水中合成納米纖維，干燥后加入到 ＣＳ２ 中，亦可形成各向異性的液晶［５１］。這些結(jié)果表明，ＣＳ２ 溶劑是誘導(dǎo)纖維有序排列而形成液晶的關(guān)鍵因素。
韓國(guó) Ｐａｒｋ 研究團(tuán)隊(duì)首次將含苯丙氨酸二肽的ＨＦＩＰ 溶液置于固體基底（如硅、玻璃、石英等） 表面，在無(wú)水條件下真空干燥形成一層無(wú)定型膜。然后將該 ＦＦ 膜置于１５０ ℃苯胺蒸氣中，獲得了一種直徑約 １５０ ｎｍ、長(zhǎng)達(dá) １０ μｍ 的垂直排列的納米線陣列（圖 ７ｃ）［２２］；而將固體基底上含 ＦＦ 的 ＨＦＩＰ 液滴置于水蒸氣中，常溫下形成了納米管陣列（圖 ７ｂ）［６０］。該小組還考察了水活性和溫度對(duì) ＦＦ 固相生長(zhǎng)的影響，發(fā)現(xiàn)高水活性（ ＞ ０.９）和高溫（１００ ～ １５０ ℃ ）可使無(wú)定型膜發(fā)生相轉(zhuǎn)變組裝成晶態(tài)的納米棒陣列［６１］。當(dāng)該陣列置于 ＨＦＩＰ 蒸氣中，則可發(fā)生解組裝重新形成無(wú)定型膜，整個(gè)過(guò)程可逆。
Ａｄｌｅｒ⁃Ａｂｒａｍｏｖｉｃｈ 等［６２］則在 ２２０ ℃ 條件下直接讓苯丙氨酸二肽發(fā)生氣化，在氣化的過(guò)程中，二肽分子環(huán)化生成環(huán)狀結(jié)構(gòu)（ｃｙｃｌｏ⁃ＦＦ），進(jìn)而在 ８０ ℃ 基底表面沉積組裝成直徑 ５０ ～ ３００ ｎｍ 的納米管陣列。研究發(fā)現(xiàn)，采用這種氣相沉積方法獲得的納米管陣列可作為超級(jí)電容器材料。Ｌｅｅ 等［６３］進(jìn)一步提高溫度到 ２５０ ℃ ，采用氬氣為載氣，在 １８０ ℃基底表面沉積生成直徑 ９０ ｎｍ、長(zhǎng)度超過(guò) １０ μｍ 的單晶納米線。該納米線具有半導(dǎo)體特性，并且在 ４６５ ｎｍ 處具有非常強(qiáng)的熒光發(fā)射峰（３６７ ｎｍ 激發(fā)）。
上述調(diào)控策略，包括 ｐＨ、溫度、溶劑、界面和氣相調(diào)控，均是圍繞苯丙氨酸二肽類分子單一組分的組裝行為進(jìn)行調(diào)控。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者還在苯丙氨酸二肽類分子基礎(chǔ)上通過(guò)引入其他組分，研究多組分共組裝行為，旨在獲得具有獨(dú)特結(jié)構(gòu)或性能的組裝體，拓展其應(yīng)用。
最近，中科院過(guò)程工程所 Ｙａｎ 等與其他團(tuán)隊(duì)合作開 發(fā) 了 一 種 ＦＦ ／ 卟 啉 多 級(jí) 共 組 裝 新 體 系 （ 圖８ｂ）［７１］。通過(guò)調(diào)控二元組分協(xié)同共組裝的驅(qū)動(dòng)力將二肽與卟啉進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，制備多功能的具有“多室”結(jié)構(gòu)的微球。該研究從分子層次上闡述了結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系，并闡釋了分子協(xié)同自組裝的機(jī)理：首先帶正電荷的 ＦＦ 分子可消除卟啉（四磺酰苯基卟吩）組裝體（ Ｊ⁃ａｇｇｒｅｇａｔｅｓ） 之間的電荷排斥，同時(shí)通過(guò)靜電作用有機(jī)結(jié)合在組裝體表面，形成一種 ＦＦ ／卟啉離子復(fù)合物。該復(fù)合物發(fā)生自組裝形成納米棒結(jié)構(gòu)，并進(jìn)一步有序聚集成多孔微球。
此外，在苯丙氨酸二肽組裝過(guò)程中，加入光敏劑（如水楊酸、１， １０⁃鄰二氮雜菲）和鑭系元素（如 Ｅｕ、Ｔｂ），可共組裝成具有熒光特性的納米管。通過(guò)加入不同組分，可調(diào)控組裝體的熒光特性［５２， ７２］。最近，Ｎａ 等［４８］研究發(fā)現(xiàn)，加入一種聚集誘導(dǎo)熒光發(fā)射分子蒽類化合物，也能導(dǎo)致 ＦＦ 微管具有熒光特性（激發(fā)波長(zhǎng) ４０４ ｎｍ，發(fā)射波長(zhǎng) ５２７ ～ ５３６ ｎｍ）。
該團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)，引入陰離子芳香類化合物磺酸偶氮苯，亦可與陽(yáng)離子 ＦＦ 二肽發(fā)生共組裝，根據(jù)磺酸偶氮苯端基（ＣＯＯＨ、ＯＨ、ＣＨ３ 等）的不同，可共組裝成刺猬狀、花狀和片狀結(jié)構(gòu)（圖 ９ｂ）［７７］。加入磺酸偶氮苯后，由于兩組分分子間靜電作用以及芳香環(huán)之間 π⁃π 堆積等非共價(jià)鍵的引入，改變了陽(yáng)離子ＦＦ 二肽的分子排列方式，從而形成不同結(jié)構(gòu)的組裝體。
以 Ｆｍｏｃ⁃ＦＦ 為主體的共組裝體系可分為兩類，一類是 Ｆｍｏｃ⁃ＦＦ ／ 小分子體系［７８，７９］，另一類是 Ｆｍｏｃ⁃ＦＦ ／ 大分子體系.
除了小分子組分，一些大分子也可引入 Ｆｍｏｃ⁃ＦＦ 自組裝體系［１７， ８０，８１］，進(jìn)而強(qiáng)化 Ｆｍｏｃ⁃ＦＦ 組裝體的性能。例如，本課題組通過(guò)添加魔芋葡甘聚糖（ＫＧＭ），顯著提高了 Ｆｍｏｃ⁃ＦＦ 水凝膠在生理溶液中的穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度［１７］。
借鑒生物體內(nèi)酶催化自組裝現(xiàn)象，國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)了多種酶在體外也能催化肽類進(jìn)行自組裝，如磷酸化酶［３９，４０， ８４，８５］、嗜熱菌蛋白酶［３６， ８６，８７］、胰凝乳蛋白酶［８８］、枯草芽孢桿菌蛋白酶［８９］、β⁃內(nèi)酰胺酶［９０］、酯酶［３５］和脂肪酶［３７］等。
Ｙａｎｇ 研究小組采用磷酸化酶設(shè)計(jì)合成了多種酶響 應(yīng) 性 智 能 水 凝 膠、 納 米 球 等， 如 Ｆｍｏｃ⁃Ｔｙｒ⁃ＯＭｅ［９２］，Ｎａｐ⁃ＧＦＦＹ⁃ＯＭｅ［９３］，Ａｄａ⁃ＧＦＦＹ⁃ＯＭｅ［９４］。此外，該小組還采用特殊結(jié)構(gòu)的蛋白［９５］，如 ＵＬＤ⁃ＴＩＰ⁃１［９６］， ＭＰＰ６［９７］ 等， 通 過(guò) 蛋 白⁃肽 （ 如 ＴＩＰ⁃１ ／ＧＧＧＷＲＥＳＡＩ）分子識(shí)別，增強(qiáng)自組裝肽纖維之間的相互作用，獲得了高穩(wěn)定性和特定功能的肽類水凝膠。
Ｕｌｉｊｎ 小組采用嗜熱菌蛋白酶催化組裝合成了多種 Ｆｍｏｃ⁃肽類分子水凝膠， 如 Ｆｍｏｃ⁃ＦＦＦ， Ｆｍｏｃ⁃ＬＦＦ 等［３６， ８６，８７］。在該過(guò)程中，肽類分子酶法合成反應(yīng)本身的 ΔＧ ＞ ０，但當(dāng)產(chǎn)物肽類分子發(fā)生自組裝后，可推動(dòng)整個(gè)過(guò)程自發(fā)進(jìn)行，形成穩(wěn)定的水凝膠。該小組還構(gòu)建了嗜熱菌蛋白酶／ 枯草芽孢桿菌蛋白酶雙酶體系，控制水凝膠的形成與水解.
上述酶催化組裝體系中，酶作為一種“開關(guān)”可啟動(dòng)超分子自組裝或解組裝，通過(guò)這種途徑可合成酶響應(yīng)型智能水凝膠［１１， ９８，９９］。最近，Ｚｈｏｕ 等［４１］ 研究發(fā)現(xiàn)酶還可以誘導(dǎo)肽類（Ｎａｐ⁃ＦＦＦＫＹ） 納米纖維的有序排列（圖 １１ｂ），獲得了一種各向異性的水凝膠。結(jié)果表明，納米纖維的有序排列可能跟 π⁃π 堆積以及酶的立體選擇性有關(guān)。
４ 苯丙氨酸二肽類材料的應(yīng)用
苯丙氨酸二肽類納米材料結(jié)構(gòu)功能多樣，且具有良好的生物相容性。特別是隨著 ＦＦ 二肽類分子設(shè)計(jì)、組裝體結(jié)構(gòu)調(diào)控方面的研究不斷深入，其應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷拓展。近年來(lái)，研究結(jié)果顯示，ＦＦ 二肽類材料在納米材料合成、傳感分析、藥物傳遞和組織修復(fù)等領(lǐng)域呈現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景.
借鑒自然界的生物礦化現(xiàn)象，采用生物模板法合成金屬／ 半導(dǎo)體材料得到了快速發(fā)展。其中，苯丙氨酸二肽類納米材料（如納米管、納米線陣列、水凝膠等）因具有金屬離子捕捉能力以及獨(dú)特的分子識(shí)別能力，同時(shí)還可為金屬／ 半導(dǎo)體以及高分子材料的合成提供微環(huán)境或基質(zhì)，被認(rèn)為是一種極具潛力的模板材料。
二氧化鈦在光催化、太陽(yáng)能電池等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。Ｋｉｍ 團(tuán)隊(duì)［１０３，１０４］通過(guò)超聲冷卻在氯仿中獲得了一種苯丙氨酸二肽有機(jī)凝膠，溶劑揮發(fā)后形成了氣凝膠。以該凝膠為模板，采用原子層沉積技術(shù)，即在１４０ ℃ 、３ Ｔｏｒｒ 條件下，以鈦酸四異丙酯為前驅(qū)體，氨氣為反應(yīng)氣，氬氣為載體，經(jīng)過(guò) ５００ ～ １０００ 次循環(huán)在干凝膠的纖維表面上形成 １０ ～ ２０ ｎｍ 厚的 ＴｉＯ２ 層，再經(jīng)過(guò) ４００ ℃高溫分解肽纖維獲得了 ＴｉＯ２ 空心納米帶。由于這種特殊的結(jié)構(gòu)，使得 ＴｉＯ２ 空心納米帶在太陽(yáng)能電池等應(yīng)用方面更有優(yōu)勢(shì)。
Ａｄｌｅｒ⁃Ａｂｒａｍｏｖｉｃｈ 等［６２］ 研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)氣相沉積合成的苯丙氨酸二肽納米管陣列可直接用于雙層電容器，其電容密度高達(dá) ４８０ ｍＦ ／ ｃｍ２，相比碳納米管的電容密度（１２０ ｍＦ ／ ｃｍ２）提高了 ３ 倍。Ｋｉｍ 等［１０１］在苯丙氨酸二肽自組裝過(guò)程中，加入肼還原石墨烯，合成了一種具有核殼結(jié)構(gòu)的肽⁃石墨烯納米線（圖１２ｂ）。在 ｐＨ ＝ ３.７ ～ ５.４ 的范圍內(nèi)，隨著 ｐＨ 的增加，二肽納米線外表面帶電量減小，殼層石墨烯厚度由 ２１ ｎｍ 減小至 ９ ｎｍ。此外，肽⁃石墨烯復(fù)合納米線經(jīng)過(guò) ４００ ℃的煅燒后，可以獲得中空的石墨烯殼層，并構(gòu) 筑 成 多 孔 三 維 網(wǎng) 絡(luò)。該 材 料 比 表 面 積 為７３０ ｍ２／ ｇ，比電容達(dá) １５７ Ｆ ／ ｇ，相對(duì)于普通石墨烯（７４ Ｆ ／ ｇ）提升了一倍。肽類材料具有結(jié)構(gòu)多樣、易修飾等優(yōu)勢(shì)，結(jié)合石墨烯在電化學(xué)方面的獨(dú)特性能，使得肽⁃石墨烯復(fù)合材料更具應(yīng)用潛力
在電池材料方面，Ｒｙｕ 等［５９］ 將固相生長(zhǎng)的苯丙氨酸二肽納米線陣列置于氯化鈷（ＣｏＣｌ２ ）中，經(jīng)硼氫化鈉（ＮａＢＨ４ ）還原后再氧化，在納米線表面生長(zhǎng)了一層氧化鈷（Ｃｏ３Ｏ４ ）顆粒。以該復(fù)合材料為工作電極材料，構(gòu)建了鋰離子電池系統(tǒng)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)首次充放電電容率達(dá) ２８０ ｍＡｈ ／ ｇ，飽和后為 ８０ ｍＡｈ ／ ｇ，相比純肽納米線陣列提高了 ２ 倍。
除了苯丙氨酸二肽纖維，Ｆｍｏｃ⁃ＦＦ 水凝膠纖維也可 作 為 模 板 合 成 電 池 用 材 料。Ｒｙｕ 等［１０２］ 以Ｆｍｏｃ⁃ＦＦ 纖維為模板，依次加入金屬離子（Ｆｅ３ ＋）和磷酸根離子（ ＰＯ４３ －），從而在纖維表面礦化生成ＦｅＰＯ４ 顆粒層，進(jìn)一步炭化后獲得 ＦｅＰＯ４／ Ｃ 復(fù)合納米管（圖 １２ｃ）。以該復(fù)合納米管構(gòu)筑的鋰離子電池首次充放電電容率達(dá) １７０ ｍＡｈ ／ ｇ，接近 ＦｅＰＯ４ 的理論最大電容率 １７８ ｍＡｈ ／ ｇ。在該體系中，肽類纖維炭化后形成的無(wú)定型碳有助于提高 ＦｅＰＯ４ 納米管的電化學(xué)性能。
聚苯胺是一種導(dǎo)電聚合物并且具有電致發(fā)光性能，常被用作電極材料、傳感器材料等［１０７，１０８］。Ｒｙｕ等［５８］將制備好的苯丙氨酸二肽納米線陣列置于苯胺溶液中，以過(guò)硫酸銨為氧化劑進(jìn)行氧化聚合，在肽纖維的表面形成厚度約 ２００ ｎｍ 的聚苯胺層。將形成的肽⁃聚苯胺復(fù)合材料經(jīng)過(guò)熱交聯(lián)或光熱交聯(lián)后置于 ＨＦＩＰ 中，可去除肽納米線模板，進(jìn)而獲得聚苯胺中空納米管。該研究還考察了肽⁃聚苯胺復(fù)合納米線陣列的摻雜／ 脫摻雜現(xiàn)象以及氧化還原特性。結(jié)果顯示，復(fù)合材料在 ＨＣｌ 和氨水蒸氣中分別進(jìn)行摻雜和脫摻雜，可用肉眼觀察到顏色從綠色到深藍(lán)色的轉(zhuǎn)變。通過(guò)比較純肽材料和肽⁃聚苯胺復(fù)合材料的循環(huán)伏安曲線，發(fā)現(xiàn)聚苯胺的引入顯著提高了肽材料的導(dǎo)電性能。
Ａｍｄｕｒｓｋｙ 等 報(bào) 道 苯 丙 氨 酸 二 肽 納 米 管 陣列［１１３］、Ｂｏｃ⁃ＦＦ 納米球［２７］ 和 Ｆｍｏｃ⁃ＦＦ 納米纖維［１１４］均具有熒光特性。例如，經(jīng)氣相沉積生長(zhǎng)的 ＦＦ 納米管陣列，在 ３０７ ｎｍ 和 ４５０ ｎｍ 處分別有明顯的激發(fā)峰和發(fā)射峰；而 Ｆｍｏｃ⁃ＦＦ 水凝膠的激發(fā)和發(fā)射波長(zhǎng)分別為 ３１０ ｎｍ 和 ３２５ ｎｍ，且隨著 Ｆｍｏｃ⁃ＦＦ 濃度的增加，激發(fā)波長(zhǎng)的半峰寬變窄。由于這些肽類材料具有獨(dú)特的熒光特性，因此有望用于光學(xué)檢測(cè)。但這些材料本身不具備特異性分子識(shí)別能力，因此難以直接用于分析檢測(cè)。
Ｋｉｍ 等［７２］ 通過(guò)添加光敏劑和鑭系元素，合成了一種熒光 ＦＦ 復(fù)合納米管，進(jìn)而采用這種納米管進(jìn)行有機(jī)磷檢測(cè)（ 圖 １３ｂ） 。研究發(fā)現(xiàn)，５ 種有機(jī)磷中只有對(duì)氧磷可猝滅 ＦＦ 復(fù)合納米管的 熒光，而單純光敏劑 ／ 鑭系元素則難以高選擇性識(shí)別有機(jī)磷，表明肽納米管基質(zhì)的存在有利于目標(biāo)物的特異性識(shí)別。
此外，肽 類 水 凝 膠 也 可 作 為 熒 光 材 料 的 載體，形 成 一 種 熒 光 水 凝 膠。例 如， Ｋｉｍ 等［１１５］ 以Ｆｍｏｃ⁃ＦＦ 水凝膠為載體，以 ＣｄＴｅ 或 ＣｄＳｅ 為熒光材料，同時(shí)加入葡萄糖氧化酶或 辣 根 過(guò) 氧 化 氫酶，合成了一種復(fù)合熒光水凝膠，當(dāng)加入底物（ 葡萄糖、苯酚或?qū)Χ椒樱?時(shí)，由于酶催化生成的產(chǎn)物可猝滅量子點(diǎn)的熒光，從而實(shí)現(xiàn)目標(biāo)物的快速檢測(cè)。
另一種思路是以肽類材料為載體，通過(guò)包裹熒光量子點(diǎn)，合成一種熒光肽類復(fù)合材料，進(jìn)而用于細(xì)胞成像。例如，Ｙａｎ 等［１１６］將含 ＣｄＳｅＳ 量子點(diǎn)的甲苯溶液加入到含陽(yáng)離子 ＦＦ 二肽的 ＨＦＩＰ 溶液中，形成了一種復(fù)合有機(jī)凝膠。真空干燥后，加水到干凝膠中，在超聲輔助下可獲得一種平均直徑約 １５０ ｎｍ 的膠體粒子。量子點(diǎn)固定后，細(xì)胞毒性可大幅度降低，但其熒光特性不受影響，因此是一種理想的細(xì)胞成像材料（圖 １４ｂ）。
本研究小組［１７］ 以多烯紫杉醇為疏水性模型藥物，與 Ｆｍｏｃ⁃ＦＦ 共混溶解在 ＤＭＳＯ 中，然后稀釋到ＫＧＭ 溶液中，獲得了載藥的復(fù)合水凝膠。通過(guò)調(diào)變ＫＧＭ 濃度、ＫＧＭ 分子量、ＫＧＭ 水解酶（β⁃甘露聚糖酶）濃度等參數(shù)，可調(diào)控藥物在模擬腸液中的釋放速率。
此外， 其 他 肽 類 納 米 材 料， 如 Ｎａｐ⁃ＦＦ 水 凝膠［１１７］、ＦＦ 微管［１１８］等，也可用于藥物傳遞與緩釋。
肽類超分子水凝膠具有含水量高、生物相容性好、易修飾功能化和機(jī)械性能可控等優(yōu)點(diǎn)，可以為細(xì)胞培養(yǎng)及組織修復(fù)提供接近于天然細(xì)胞外基質(zhì)的三維空間仿生微環(huán)境，并支持正常細(xì)胞的黏附、分化、定向生長(zhǎng)及生育。因此，肽類材料在組織修復(fù)方面具有很好的應(yīng)用潛力.
Ｕｌｉｊｎ 研究小組［４７］ 考察了牛軟骨細(xì)胞在 Ｆｍｏｃ⁃ＦＦ 水凝膠內(nèi)的培養(yǎng)效果，實(shí)驗(yàn)表明，７ 天內(nèi)細(xì)胞的數(shù)量都有明顯增長(zhǎng)，且細(xì)胞形態(tài)能夠保持完整。此外，該小組［７８］ 還設(shè)計(jì)合成了一種 Ｆｍｏｃ⁃ＦＦ ／ Ｆｍｏｃ⁃ＲＧＤ 復(fù)合水凝膠，并用于人真皮纖維細(xì)胞的培養(yǎng)。結(jié)果發(fā)現(xiàn) ３ ｈ 內(nèi)沒有出現(xiàn)細(xì)胞死亡，２４ ｈ 細(xì)胞有明顯增長(zhǎng)，１４ 天后仍能保持完整的結(jié)構(gòu)。上述研究表明，Ｆｍｏｃ⁃肽類水凝膠能夠?yàn)榧?xì)胞的生長(zhǎng)提供良好的微環(huán)境。
除了上述應(yīng)用外，研究發(fā)現(xiàn)苯丙氨酸二肽類納米材料在其他領(lǐng)域也有潛在的應(yīng)用，如超疏水性表面［１２１］、非線性光學(xué)［１２２］、人工光合作用［１２３］、噴涂打�。郏保玻矗荨⒁种瓢┘�(xì)胞增長(zhǎng)［３１， １２５］、抑制細(xì)菌增殖［３８］ 以及控制細(xì)胞死亡［３５］等。
５ 結(jié)論與展望
苯丙氨酸二肽類超分子自組裝是一個(gè)新興的前沿領(lǐng)域，在近十年來(lái)得到了快速發(fā)展，在科學(xué)理論和實(shí)際應(yīng)用方面都呈現(xiàn)出廣闊的前景。但仍有很多問(wèn)題尚未解決和需要深入探索。在肽類分子設(shè)計(jì)方面，主 要 研 究 集 中 在 簡(jiǎn) 單 基 團(tuán) （ 如 Ｆｍｏｃ⁃， Ｎａｐ⁃，Ｐｈｅ⁃）的修飾，而針對(duì)特定功能分子片段的修飾研究較少，制約了該材料的性能和應(yīng)用。在組裝調(diào)控方面，大量研究集中在苯丙氨酸二肽、Ｆｍｏｃ⁃ＦＦ、Ｎａｐ⁃ＦＦ 等肽類分子，而圍繞其他肽類分子的調(diào)控研究較少。特別是近幾年新興的界面調(diào)控、多組分共組裝、酶催化組裝等有待拓展和深入研究。在組裝材料應(yīng)用方面，大多數(shù)研究?jī)H限于實(shí)驗(yàn)室階段，特別是在生物醫(yī)學(xué)（如藥物傳遞、組織修復(fù)等） 領(lǐng)域，體內(nèi)和臨床實(shí)驗(yàn)研究仍有待探索。此外，成本問(wèn)題也限制了苯丙氨酸二肽類材料的大規(guī)模合成和應(yīng)用。隨著對(duì)這類分子自組裝研究的逐步深入，可望獲得一系列極具潛力的生物納米材料，并推動(dòng)超分子化學(xué)、材料科學(xué)、生物醫(yī)學(xué)以及生物納米技術(shù)的發(fā)展。
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