摘要：多肽自組裝形成的多孔結(jié)構(gòu)是新一代多孔材料, 在催化、傳感、分離和藥物遞送等領(lǐng)域具有很好的應(yīng)用前景. 肽基多孔材料的孔內(nèi)充滿氨基酸側(cè)鏈, 因此可以通過合理設(shè)計或修改肽序列來調(diào)節(jié)其孔徑大小和性能. 功能基團(tuán)和金屬離子的引入進(jìn)一步擴展了多肽基多孔材料的結(jié)構(gòu)與性能. 在這篇綜述中, 我們討論了肽基多孔材料的設(shè)計、合成、組裝及其性能, 并綜述了近年來其在不同領(lǐng)域的應(yīng)用.
肽一般由2~50個氨基酸通過氨基和羧基脫水縮合形成的肽鍵連接而成。肽廣泛存在于生物體中，是生物體不可缺少的功能成分，是大自然賜予人類的禮物。與蛋白質(zhì)相比，肽的分子組成和結(jié)構(gòu)更為簡單，在設(shè)計階段很容易預(yù)測其結(jié)構(gòu)和功能。肽基納米材料已廣泛應(yīng)用于生物、化學(xué)、材料科學(xué)等領(lǐng)域[1–4]。
分子自組裝作為自然界中普遍存在的基本現(xiàn)象之一，是許多重要生命活動的基礎(chǔ)[5，6]DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)、蛋白質(zhì)的高級結(jié)構(gòu)都是分子自組裝的典型例子，與蛋白質(zhì)的自組裝行為類似，肽分子通過非共價相互作用自組裝形成各種有序結(jié)構(gòu)，如納米纖維[7，8]、納米粒子[9]、納米管[10]、囊泡[11], nanoribbons [12]和水凝膠[13，14]影響肽組裝的非共價相互作用主要包括氫鍵、π-π堆積[15]、靜電相互作用和疏水相互作用[16]pH、溫度等外界刺激都會影響上述非共價相互作用，因此這些因素也成為研究人員研究和控制自組裝過程的工具[17，18]通過設(shè)計響應(yīng)各種刺激的新結(jié)構(gòu)，自組裝肽領(lǐng)域取得了重大進(jìn)展[19]此外，一些具有特定功能的組分也通過共組裝或共價偶聯(lián)的方式與肽結(jié)合，賦予肽結(jié)合物新的性質(zhì)[20–23]。
對多孔材料的探索從未停止，沸石的研究[24]、金屬有機骨架（MOF）[25]以及有機超分子多孔材料[26，27]取得了可喜的進(jìn)展，多肽由于具有良好的生物相容性和手性，在生物催化、手性檢測與分辨、氣體吸附、藥物輸送等方面有著潛在的應(yīng)用[28].對肽自組裝的豐富了解使得其性能和結(jié)構(gòu)在設(shè)計階段就能得到很好的預(yù)測。因此，肽基多孔材料從其他多孔材料中脫穎而出，成為近十年來研究人員的研究熱點。在這篇綜述中，我們總結(jié)了肽基多孔材料的最新進(jìn)展，并討論了它們的設(shè)計策略及其作為多孔生物材料的潛在應(yīng)用。然后，我們對自組裝肽基多孔材料在未來化學(xué)、生物和材料科學(xué)中的潛力進(jìn)行了深入的分析。
肽基多孔材料的設(shè)計與特性
通過合理設(shè)計肽序列，配以合適的溶劑和外界條件，可以很容易地控制肽自組裝成多孔結(jié)構(gòu)。通過改變各位點的氨基酸殘基，可以合理設(shè)計肽序列，使其折疊成二級結(jié)構(gòu)，包括β鏈、α螺旋、肝素鏈和卷曲螺旋（方案 1）這使我們能夠利用天然孔隙的某些特性和功能，而這些特性和功能是使用傳統(tǒng)多孔材料無法實現(xiàn)的[49]。
目前為止，能夠自組裝成高度有序多孔材料的肽包括二肽、三肽、多肽（表 1這些肽可以自組裝成具有精確定制孔結(jié)構(gòu)的多維多孔材料，包括二維（2D）多孔膜，3D多孔晶體和多孔納米籠（方案 1此外，MOF往往具有較高的孔隙率和比表面積，以肽分子為配體的金屬肽骨架近年來也取得了突破性的成果[50，51]。
與傳統(tǒng)多孔材料相比，肽基多孔材料具有以下特點（方案 2）首先，肽可以作為手性配體，用于制備對客體分子具有高對映選擇性的多孔材料[28]，可用于手性分離和催化[52]其次，肽主鏈為半剛性，同時具有一定的柔性，因此以肽配體為骨架的肽基多孔材料可視為“晶體海綿”，其形狀和孔徑可隨外界刺激而動態(tài)變化，從而有望合成具有獨特功能的智能材料[34，46]第三，通過控制鏈長和側(cè)鏈相互作用，可以合理設(shè)計肽基多孔材料，獲得任意的孔徑和性質(zhì)[35，39]，更重要的是它們具有生物相容性且毒性低，從而在吸附分離、催化、藥物輸送、能量存儲與發(fā)電等各個領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用前景。
由二肽和三肽自組裝的多孔材料
具有分子大小孔徑的二肽基材料在分子分離中具有重要意義[53–55]，二氧化碳的捕獲[56]、儲氣庫[57–59]和功能設(shè)備[60]二肽是一種易于獲得的構(gòu)建塊，可通過超分子自組裝構(gòu)建穩(wěn)定的多孔材料。通道內(nèi)的共結(jié)晶溶劑通�？梢酝耆コ�，而不會破壞多孔二肽晶體的空間結(jié)構(gòu)。多孔二肽的孔徑相對較小，孔密度高，從而具有較高的表面積和孔隙率[49]。
1996 年，Görbitz 和 Gundersen[61]發(fā)現(xiàn)含有兩個疏水殘基的二肽Val-Ala（VA）具有“空中心通道”的晶體結(jié)構(gòu)，并推測其他疏水二肽也會有類似的結(jié)構(gòu)。這是關(guān)于多孔二肽晶體的首次報道，為二肽多孔材料的研究奠定了基礎(chǔ)。正如推測的那樣，Görbitz發(fā)現(xiàn)其他六種疏水二肽也具有疏水孔和相同的3D氫鍵網(wǎng)絡(luò)。疏水側(cè)鏈在這些結(jié)構(gòu)中形成與六邊形軸平行的通道內(nèi)表面[62]。因此這些二肽被統(tǒng)稱為 VA 類多孔二肽（圖 1a）VA 類是獨一無二的，因為可以在不破壞肽宿主支架的情況下去除通道內(nèi)的共結(jié)晶溶劑分子。
FF 可以通過其他功能組進(jìn)一步修飾。王等人。[三十，31]報道了在肽的C末端引入二茂鐵（Fc）基團(tuán)。二茂鐵-二苯丙氨酸（Fc-FF）肽可以與二價甲基哌嗪反離子自組裝成多孔晶體。晶體的基本結(jié)構(gòu)是螺旋狀的Fc-FF二聚體，由肽C末端的手性二胺和水分子穩(wěn)定通過強氫鍵和靜電相互作用（圖 1i–k）。手性在結(jié)晶過程中起著至關(guān)重要的作用。Fc-大號F大號F和年代-(+)-2-甲基哌扎因 (S-MP) 或 Fc-德F德F和R-(−)-2-甲基哌扎因 (R-MP)，而對于 Fc-大號F大號F 和 R-MP 或Fc-德F德F和 S-MP，沒有形成晶體。Fc-大號F大號F 和 S-MP 呈現(xiàn)一維交叉 β 脊柱，是 Fc-大號F大號F 具有左手性。而 Fc-德F德F 和 R-MP 呈現(xiàn) Fc-德F德F 但用右手[31]。
組成肽的氨基酸的手性也會影響多孔結(jié)構(gòu)的形成[32，33，67]. Marchesan 的團(tuán)隊[33]設(shè)計了一系列疏水大號—苯丙氨酸—德-是的-大號-Phe 三肽，其中 d-Xaa 是德-脂肪族氨基酸。單晶X射線衍射（XRD）數(shù)據(jù)顯示異手性三肽和同手性三肽的包裝存在顯著差異。對于苯丙氨酸-德-Nva-Phe 是一種具有多孔水通道的兩親構(gòu)象，如圖所示圖 1l相反，同手性三肽 Phe-Ala-Phe 形成致密的層狀結(jié)構(gòu)（圖1m）。
與二肽相比，三肽的主鏈由于序列較長而更加柔韌，因此三肽組裝形成的骨架結(jié)構(gòu)更加柔韌，可以具有特定的力學(xué)和孔隙性質(zhì)。例如，Ulijn 團(tuán)隊[34]報道了四種三肽序列HYF (His-Tyr-Phe)、YFH (Tyr-Phe-His)、淀粉化DYF (Asp-Tyr-Phe-NH 2 )和YFD (Tyr-Phe-Asp-NH 2 )的自組裝。分別得到了HYF、DYF和YFD的針狀晶體以及YFH的無定形聚集體。研究了材料對不同相對濕度變化的結(jié)構(gòu)響應(yīng)。研究發(fā)現(xiàn)，在納米多孔三肽晶體的蒸發(fā)誘導(dǎo)驅(qū)動過程中，水-氫鍵的加強促進(jìn)了能量轉(zhuǎn)移并驅(qū)動孔徑收縮。對三種晶體三肽的比較發(fā)現(xiàn)，HYF形成的水孔結(jié)構(gòu)具有更強的氫鍵網(wǎng)絡(luò)，因此，HYF在用作水響應(yīng)(WR)材料時也具有更高的能量密度（圖 1n，o）。
與二肽和寡肽相比，多肽由于組成氨基酸數(shù)量較多，具有更大的可設(shè)計性和靈活性。自組裝形態(tài)不僅取決于氨基酸序列，還取決于其二級結(jié)構(gòu)和化學(xué)修飾[68]。
2013 年，Woolfson 團(tuán)隊[35]提出了自組裝籠狀顆粒 SAGE 的設(shè)計，該顆粒由兩個卷曲螺旋肽基序、一個異二聚體和一個同三聚體設(shè)計而成。兩種肽都含有可以通過二硫鍵連接的半胱氨酸殘基，因此三聚體形成六邊形網(wǎng)絡(luò)的頂點，二聚體作為其邊緣（圖 2a）。這些成分非常靈活，可以形成直徑為100納米（圖2b-f）最近，Woolfson 的研究小組[36]提出了一種新型肽系統(tǒng)，通過在兩個二級結(jié)構(gòu)元素之間放置“二硫鍵銷”，可以形成納米顆�；蚨嗫灼�。他們使用 GSGSG 序列連接兩個自組裝卷曲螺旋 3 七肽構(gòu)建塊：同型二聚體 (CC-Di) 和同型三聚體 (CC-Tri3)（圖 2g、h）。銷釘?shù)奈恢脤λ贸肿咏M裝體的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有重大影響。近端連接的二硫鍵產(chǎn)生封閉的球形物體，其直徑為~100納米，而遠(yuǎn)端連接的二硫鍵則形成片狀組裝。
金屬肽骨架 (MPF)
MOF是一種多孔有機-無機雜化晶體材料，具有較高的比表面積和孔隙率[69，70],在光學(xué)、氣體儲存與分離、對映體分離、催化、化學(xué)傳感、藥物輸送等領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的潛力。MPFs是新一代的MOFs，多肽的生物相容性使得MPFs能夠減少對生態(tài)環(huán)境的不利影響。與其他MOFs相比，MPFs具有前所未有的結(jié)構(gòu)柔韌性，能對環(huán)境的變化表現(xiàn)出不同的響應(yīng)。當(dāng)溶劑客體除去后，剛性MPFs沒有彈性變形，而柔性MPFs則表現(xiàn)出自適應(yīng)的孔隙率。多肽配體的手性以及其所含的多種功能基團(tuán)使得MPFs具有廣闊的應(yīng)用前景[71]。
多肽與金屬離子有多種配位方式：氨基-N原子可以通過與羧基-O原子螯合與金屬離子配位[40，51，72–76]或單齒形式[46，75，77，78]除了N,O-螯合方式外，羧基-O原子還可以通過單齒方式與金屬離子配位[40，46，73–75，77–79]或 syn-syn 橋接[40，80]此外，氨基酸中的特定功能基團(tuán)也可以參與與金屬離子的配位，如His分子中的咪唑基-N原子也可以與金屬離子以單齒配位[76，77]或與氨基-N原子和亞氨基-N原子螯合[45，46，76]合理設(shè)計多肽的氨基酸序列可以特意為金屬離子提供結(jié)合位點，如Asp、Glu可以提供較多的O原子結(jié)合位點，His可以提供較多的N原子結(jié)合位點，在氨基酸中引入吡啶基也可以將金屬離子配位到吡啶基-N原子上[47]，這是金屬離子的常見配位點[47，50]。
不同的金屬離子與同一種多肽結(jié)合，會形成不同的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。Gly-Asp與Zn 2+配位形成二維MPF，其中Zn 2+為五配位[40]該二肽將四個Zn 2+通過N、O螯合與Gly基團(tuán)連接，并與Asp基團(tuán)上的羧基-O原子單齒結(jié)合。與Zn 2+相比，Co2+多了一個金屬結(jié)合位點。在Co(Gly-Asp)中，Co 2+為六配位。值得注意的是，Co2+除了與N、O螯合，與羧基-O原子單齒結(jié)合外，還與Asp基團(tuán)上的兩個羰基-O原子螯合，形成獨特的七元環(huán)。
MOF 孔隙度的適應(yīng)性可以通過金屬配位幾何形狀和連接體的自由度來決定[81]MPF可以根據(jù)肽側(cè)鏈的性質(zhì)來顯示結(jié)構(gòu)的堅固性或靈活性[71]. Zn(Gly-Thr) 2由配位形成鋅2+而Gly-Thr具有典型的剛性多孔結(jié)構(gòu)（圖 4a, b）[41]每個Zn 2+通過N、O螯合，與另外兩個二肽的羧基-O原子單齒結(jié)合，與兩個二肽配位，形成扭曲的八面體構(gòu)型。Thr側(cè)鏈上的羥基可以加強與氨基的氫鍵相互作用，在層內(nèi)和層間形成氫鍵網(wǎng)絡(luò)，有效提高三維結(jié)構(gòu)的協(xié)同作用和穩(wěn)定性。抽空溶劑后，Zn(Gly-Thr) 2仍保持其結(jié)晶性和孔隙率，并對CO 2 /CH 4表現(xiàn)出吸附選擇性。此外，作者合成了厚度為0.67 納米通過聲機械剝離塊狀宏觀晶體（圖 4c）。
相反，Zn(Gly-Ala) 2沒有羥基，因此沒有額外的氫鍵[81]每個Zn 2+單齒化合物與兩個二肽的氨基-N原子和另外兩個二肽的羧基-O原子形成四面體構(gòu)型（圖4d-h）。抽空溶劑后，Zn(Gly-Ala) 2的孔結(jié)構(gòu)塌陷閉合，結(jié)晶度和孔隙率大幅降低。但當(dāng)與 CO 2或 CH 3 OH 等極性分子接觸時，Zn(Gly-Ala) 2會逐漸恢復(fù)原有的多孔結(jié)構(gòu)。二肽的低能扭轉(zhuǎn)控制甲基的位置，從而產(chǎn)生自適應(yīng)的孔隙率。在基于三肽的 MPF 中也觀察到了與 MPF 類似的“海綿狀行為”[45，46]對于 Zn(Gly-Gly-His) (圖4i-k）[46]，每個 Zn 2+都是單齒化合物，與四個三肽連接通過一個氨基-N原子、一個羧基-N原子和兩個吡啶基-N原子形成四面體配位。在一定的溶劑條件下，Zn(Gly-Gly-His)能化學(xué)引發(fā)多肽構(gòu)象變化，形成9種不同的晶體結(jié)構(gòu)，包括8種溶劑化晶體和1種塌陷晶體。Zn(Gly-Gly-His)可通過蛋白質(zhì)的單鍵旋轉(zhuǎn)重新調(diào)整孔形和非共價鍵模式，實現(xiàn)對小分子客體吸附的調(diào)控。
肽基多孔材料的應(yīng)用
幾乎無限的序列可能性使得肽具有廣闊的發(fā)展前景。這里，我們將總結(jié)用于吸附、分離、催化、儲能和藥物遞送的肽基多孔材料的最新進(jìn)展，其中一些肽可以在表 2。
研究發(fā)現(xiàn)，肽基多孔材料對不同物質(zhì)的吸附能力不同，進(jìn)而具有通過吸附分離不同物質(zhì)的潛力。研究人員已經(jīng)對氣體吸附和分離進(jìn)行了研究[29，41，53，54，59，77，82]以及手性對映體的分離[47，52，72]。
在氣體分離方面，前期研究已經(jīng)證明了二肽晶體對Xe、Ar、N 2、O 2、CO 2、NH 4和H 2等氣體的吸附性能 [29，53，54，59，82].IV和VI被認(rèn)為是吸附H2的理想材料 [82]二肽 VA、AV、VV、AI、IA、VI、IV 和 LS 均具有將 CO2從N2 中分離的能力 [56]此外，AV、VA和IV也表現(xiàn)出對CO2的優(yōu)先吸附，而對NH4的優(yōu)先吸附 [56]. 阿方索等人。[54]有報道稱，四種疏水二肽VI，IA，IV，VV晶體粉末可以按照Ar，O 2，N 2的順序進(jìn)行吸附，從而表現(xiàn)出Ar/O 2選擇性。
在51°C和接近真空的條件下，VI的Ar/O 2選擇性達(dá)到1:30，這是無銀吸附劑中測得的最高值。此外，由于尺寸排斥效應(yīng)，AA晶體具有更高的O 2 /N 2選擇性（一個(O 2 /N 2 ) > 124) 比其他材料[53]因此AA單晶膜有望作為選擇性滲透材料的工程應(yīng)用。
由于具有兩個疏水側(cè)鏈的二肽結(jié)構(gòu)僅限于結(jié)合蛋白質(zhì)殘基，因此其作為吸附劑的全部潛力仍未得到充分開發(fā)。Görbitz 和他的同事[57]嘗試添加非蛋白質(zhì)氨基酸大號-氨基丁酸（ABU，乙基側(cè)鏈）和大號-2-氨基戊酸（大號-正纈氨酸、Nva、n-丙基側(cè)鏈）來探索該疏水二肽家族的擴展。作者介紹了十種新的二肽結(jié)構(gòu)的合成和表征。CO 2和 CH 4在195千和1 巴 （1 條）=10 5 帕）證明了新二肽的永久孔隙性。值得一提的是，Nva-Val在 50 時對 CO 2 /CH 4的選擇性為1 巴。這項研究為尋找由更多不尋常的非蛋白質(zhì)氨基酸組成的其他多孔二肽材料提供了思路。
由于固有的高孔隙率，MOF 在氣體存儲和分離方面顯示出應(yīng)用前景。迄今為止，各種肽連接的 MOF 都表現(xiàn)出了氣體存儲性能[41，77]主客體相互作用的不同導(dǎo)致MPF對氣體吸附具有選擇性，相比柔性MPF，剛性MPF憑借其結(jié)構(gòu)堅固、適應(yīng)性強等特點有望成為新一代仿生多孔材料[41]Zn(Gly-Thr) 2是一種典型的剛性MPF，具有良好的氣體吸附能力和吸附選擇性，該材料可以吸附CO2 /CH4 ，而對N2無孔。[41]. 吸附等溫線273千結(jié)果表明 Zn(Gly-Thr) 2 MPF 對 CO2 的吸附優(yōu)先于 CH4 , 最高 CO2 /CH4分離比為 14:1 (wt%:wt%)1 巴。MPF 更傾向于吸附 CO2，因為肽連接體中的極性基團(tuán)（如氨基和羥基）會與 CO2 發(fā)生四極-偶極相互作用。這種相互作用使 CO2能夠快速擴散到 MPF 內(nèi)部的空腔中。
高孔隙率、多活性位點和手性使得MPF在特定分子的識別和某些對映體的選擇性分離方面具有巨大優(yōu)勢[47，52，72]. 沢田等人。[47]在三肽Gly-Pro-Pro兩端引入帶酰胺鍵的3-吡啶基，改變金屬配位位點，每個Ag +與兩個肽的吡啶基-N配位，與金屬離子配位后，肽鏈精確固定在PⅡ螺旋構(gòu)象上，形成線性螺旋鏈（圖 5a肽的螺旋構(gòu)象和吡啶基團(tuán)的π堆積共同作用，形成了一個具有兩個不同尺寸的一維手性通道的三維異孔通道網(wǎng)絡(luò)（圖 5b）。較大的一個通道具有左手雙螺旋骨架，吡啶基團(tuán)的π堆積增強了結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。另一個較小的通道被溶劑和陰離子緊密填充。較大的通道直徑為2.2納米，這使得外消旋化合物 1,1'-雙-2-萘酚能夠?qū)崿F(xiàn)手性識別。由于外消旋化合物比納米通道小得多，肽通道內(nèi)表面的性質(zhì)可能是手性分辨的原因。此外，MPF 還被證明適用于生物低聚物的分子識別（圖 5c）。
催化
天然酶廣泛存在于生物體內(nèi)，具有極高的效率和選擇性，隨著對天然酶研究的深入，人工設(shè)計的肽基催化劑也面臨機遇和挑戰(zhàn)。通過設(shè)計簡單的肽并調(diào)控其自組裝，我們可以獲得一系列具有有序多孔結(jié)構(gòu)的納米晶體，這些納米晶體可以為催化提供許多活性位點，是一種環(huán)境友好的高效生物催化劑[42]。
陳等人。[42]受到碳酸酐酶活性位點結(jié)構(gòu)的啟發(fā)，以環(huán)狀二組氨酸（cyclo-HH）為構(gòu)建塊，與碘化鋅一起，制備出具有水解活性的環(huán)-HH-ZnI 2納米線。納米線的超結(jié)構(gòu)由許多納米顆粒組成，含有豐富的催化活性位點（圖 6a）對酯類底物的水解具有較高的活性，例如頁-硝基苯乙酸酯（頁NPA)，其有效水解活性為93.21(mol L -1 ) -1 s -1。它明顯高于細(xì)胞周期蛋白-HH和單晶環(huán)-HH-ZnI 2。同時，環(huán)-HH-ZnI 2納米線令人驚訝地穩(wěn)定，并且可重復(fù)使用性極佳，因此這種簡單的超分子策略為最先進(jìn)的生物催化劑提供了一種有吸引力的新替代方案。
能源儲存和發(fā)電
超級電容器因其高功率密度和相對較大的能量密度而成為有前途的儲能設(shè)備。肽基多孔材料已被證明具有良好的超級電容器性能[84]。杯子等人[84]發(fā)現(xiàn)肽納米管陣列顯著提高了超級電容器電極的電容。肽納米管修飾電極電容的增加歸因于修飾碳電極上可用的電極表面積的增加。結(jié)果提示影響超級電容器電容的關(guān)鍵因素是肽納米管納米通道的濕表面積。
肽納米管或多孔晶體也具有良好的壓電性[66，85–87]和鐵電性[88，89]。2016年，阮德等人。[66]在肽自組裝過程中通過施加電場 (EF) 實現(xiàn)極化控制（圖 7a, b),從而形成垂直排列的微棒陣列（圖7c–f）在兩個相反方向上獲得了均勻的極化，并且有效壓電常數(shù)dFF陣列材料中的33種達(dá)到17.9pmV −1，這進(jìn)一步證明了開路電壓1.4 伏功率密度3.3納瓦·厘米−2可以使用基于 FF 肽的生成器生成（圖 7g、h由具有可控壓電特性的肽驅(qū)動的設(shè)備為生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用提供了可再生和生物相容性的能源，并為與人體組織兼容的下一代多功能電子產(chǎn)品打開了大門。
近日，陳等人。[44]報道了 Car_Zn 肽-MOF 的大型客體特異性機電響應(yīng)，該響應(yīng)由五種不同的客體分子組裝而成，即異丙醇 (IPA)、二甲基甲酰胺 (DMF)、丙酮、乙腈 (MeCN) 和乙醇 (EtOH)。Car_Zn·(MeCN) MOF 結(jié)晶為最低對稱系統(tǒng)（空間群磷1) 具有不受約束的極化，從而產(chǎn)生重要的壓電響應(yīng)。研究發(fā)現(xiàn)，通過控制通道中客體分子的方向可以實現(xiàn)顯著的壓電響應(yīng)（圖 7i,j).使用Car_Zn·(MeCN)晶體作為有源元件，該發(fā)生器可以產(chǎn)生穩(wěn)定、強勁的開路電壓1.4 伏在外力作用下二十五 否頻率為0.1赫茲。
藥物輸送
肽自組裝形成的多孔結(jié)晶材料可作為藥物遞送的載體，具有良好的生物相容性和較高的化學(xué)多樣性，可以設(shè)計合適的貨物親和力和靶向能力，實現(xiàn)高效的藥物遞送。Woolfson課題組[83]報道了一種由肽自組裝的納米籠（圖 8a)。納米籠形成過程中，異質(zhì)螺旋（CC-Di-AB）的兩個側(cè)鏈通過二硫鍵在溶劑暴露面上與α螺旋多肽（CC-Tri3）的三聚體連接，形成小分子配體，配體連接形成六邊形晶格，晶格延伸形成球形納米籠。這些自組裝的肽分子納米籠可以被細(xì)胞攝取，同時納米籠的中心還可以容納其他有機分子，包括藥物分子。因此，此類納米籠可以作為藥物載體，將藥物分子遞送到細(xì)胞中。通過修飾肽分子上帶電殘基，如帶正電的賴氨酸（Lys）殘基或帶負(fù)電的谷氨酸（Glu）殘基，可以改變納米籠表面的電荷分布，這將影響納米籠和細(xì)胞之間的相互作用。
這大號-二苯丙氨酸可以自組裝成微管（FF-MT），可作為藥物輸送的潛在載體[64]. 組裝過程如圖所示圖 8b其中六個 FF 單元形成一個環(huán)狀六聚體，隨后六聚體堆疊形成窄通道，其范德華直徑約為10埃。狹窄的通道以六邊形堆積形式自結(jié)合，形成薄片。薄片的纏繞形成納米級管，這些管最終可以在更大的尺度上自組裝，形成微尺度管狀排列束。Alves等人。[64]使用肽微管運輸模型親水化合物羅丹明 B (RhB)。顯微圖像顯示貨物均勻分布在 FF-MT 中（圖 8c）， 和體外實驗表明，F(xiàn)F-MT 中 RhB 的釋放遵循一級動力學(xué)，這可以調(diào)節(jié)負(fù)載的釋放（圖 8d),且毒性較低。
布拉科等人。[58]最近，研究人員探索了多孔二肽晶體作為揮發(fā)性藥物容器的應(yīng)用。他們研究了二肽 VA、AI、VV、IV 和 IA 從氣相中可逆地吸附一系列用作麻醉劑的揮發(fā)性氟化醚。這些二肽晶體的尺寸分布約為30納米，適合血液運輸和細(xì)胞內(nèi)化。因此，二肽晶體有可能用于藥物運輸活吸附等溫線表明，VA、AI、VV（孔徑大于4埃）能夠有效吸附客體，而IA和IV（孔徑約為3.5埃)排除麻醉藥。273千和 80–100 托 （1 托=133.3帕斯卡）最大吸附值達(dá)到170–200 毫摩爾-1，相當(dāng)于超過 20% 的重量。吸附熱在 35–50千焦耳mol −1，這與已報道的多孔材料中吸附麻醉劑的最高值相當(dāng)[90]。
總結(jié)與展望
肽基多孔材料是一種極具前景的新型多孔材料，具有高對映選擇性、海綿行為、可定制性和生物相容性等特點。二肽、寡肽和多肽以及MPF很容易組裝成多孔結(jié)構(gòu)。基于分子自組裝的研究使得在設(shè)計階段預(yù)測肽的結(jié)構(gòu)和功能變得容易。已經(jīng)開發(fā)出各種模擬輔助工具來設(shè)計肽序列。pH、溫度和其他外部環(huán)境的調(diào)節(jié)也可以控制肽基多孔材料的結(jié)構(gòu)和功能�？紫秲�(nèi)部可以設(shè)計功能化的側(cè)鏈，為肽基多孔材料的多功能應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。
由于長肽的復(fù)雜性以及缺乏有效的合成方法，目前報道的肽基多孔材料大多是由簡單的短肽組裝而成，設(shè)計出具有與生物大分子類似的結(jié)構(gòu)多功能性的高功能肽基多孔材料仍是科研人員的難題。近期，Nguyen等人。[39]開發(fā)了一種非共價策略將較長的肽組裝到晶體框架中，為利用較長的肽合成肽基多孔材料提供了一種可行的策略。然而，還需要更多的合成策略，這可以啟發(fā)研究人員合成復(fù)雜且功能性的多孔材料。
此外，近年來關(guān)于肽基多孔材料高度有序化的研究也越來越多，但這些研究大多是基于偶然的發(fā)現(xiàn)，設(shè)計出具有預(yù)期孔結(jié)構(gòu)和功能的肽多孔材料仍然十分困難。近來，隨著人工智能的發(fā)展，肽多孔材料的計算設(shè)計將成為可能，使得肽基多孔材料的設(shè)計和合成達(dá)到前所未有的精度和復(fù)雜度，賦予材料獨特的功能。
此外，肽基多孔材料在生物催化、氣體吸附分離、對映體選擇性分離、藥物遞送等領(lǐng)域顯示出了巨大的應(yīng)用潛力，但要真正實現(xiàn)實際應(yīng)用還需要付出更多的努力。首先，由于肽基多孔材料本身的手性和可定制性，它有望作為固相實現(xiàn)傳統(tǒng)方法無法實現(xiàn)的高效對映體色譜分離。其次，目前大多數(shù)關(guān)于肽基多孔材料用于催化的報道仍然表現(xiàn)出相對較低的選擇性。因此，通過合理設(shè)計肽基多孔材料中的肽序列或進(jìn)行化學(xué)修飾，有望獲得高效、高選擇性的生物催化劑。第三，到目前為止，目前關(guān)于肽基多孔材料在生物醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用報道較少，未來應(yīng)致力于設(shè)計具有海綿行為、刺激響應(yīng)性和低毒性的生物相容性材料，這些材料有望用于藥物輸送和癌癥治療。
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