多肽纳米纤维是一类极具前景的纳米材料，在组织工程、生物传感器、药物传递等多个领域应用十分广泛。目前，依据形成路径，已报道的多肽纳米纤维主要分为两类：通过多肽非共价自组装形成的序列可控但稳定性差且难以后修饰的自组装多肽纳米纤维，以及通过开环聚合反应得到的可后修饰但序列单一或不可控的聚氨基酸纳米纤维。由序列已知的多肽经头尾共价偶联聚合得到的纳米纤维，即串联肽纳米纤维（SCPNs），有望同时具备自组装多肽纳米纤维和聚氨基酸纳米纤维的优点，如高稳定性、序列可控、可后修饰等，但目前鲜有相关报道。一个可能的挑战是多肽分子的高度柔性使得其在聚合过程中更倾向于形成环化产物而非线性纳米纤维。
图1 串联肽纳米纤维的定义、模板辅助合成以及后修饰性能的示意图
近日，四川大学吴冬冬/王科锋研究团队以前期工作中使用刚性多肽聚合单元作为构建模块来合成线性聚合物为启发，采用pH响应性的E3/K3异源二聚体刚性卷曲螺旋作为构建单元，通过E3多肽作为模板控制K3多肽的刚性，有效避免了高柔性K3肽在自聚合过程中的环化反应（图2），成功实现了K3肽的线性自聚合，之后通过pH变化诱导的模板移除最终得到了基于K3肽的串联肽纳米纤维（图2）。
图2 高柔性K3肽自聚合生成环化产物的表征、示意图以及分子动力学模拟计算
图3 模板辅助合成线性串联肽纳米纤维的示意图及表征
串联肽纳米纤维的高稳定性和序列可控性使其成为制备多种先进功能材料的理想“母材料”。通过简单的后修饰或处理，如荧光分子标记、纳米纤维间的交联等，可以轻松地获得包括荧光纳米纤维、自交联水凝胶、光固化水凝胶、可注射动态水凝胶在内的多种功能材料。
图4 串联肽纳米纤维后修饰/后交联的示意图及表征
通过对多肽单元进行预先功能修饰，串联肽纳米纤维还可以以规则的间隔显示预定的功能基团（图5）。这有望用于自下而上的合成具有分级功能的纳米纤维材料。
图5 串联肽纳米纤维以规则的间隔显示预先设定的功能基团
总之，这项研究通过模板辅助的多肽单元柔性向刚性的转变来避免高柔性多肽在自聚合过程中的环化效应，制备了一类新的线性多肽纳米纤维，即串联肽纳米纤维。由于多肽丰富多样的生物活性，具有众多固有优异性能的串联肽纳米纤维有望用于需求定制的高性能肽纳米纤维的制造以及进一步的多功能纳米纤维基功能材料的合成。
来源：高分子科学前沿
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