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手性結(jié)構(gòu)在自然界中隨處可見(jiàn)，大到宇宙星云，小到蝸牛、牽牛花藤都有其特定手性。長(zhǎng)期以來(lái)，化學(xué)家們一直利用手性現(xiàn)象在不同尺度下構(gòu)筑手性結(jié)構(gòu)，并賦予其獨(dú)特的生物、催化等性能。在分子層次，存在同時(shí)具有環(huán)和手性兩個(gè)特征的結(jié)構(gòu)，例如具有手性碳的環(huán)烷烴結(jié)構(gòu)，其呈現(xiàn)出船型或椅型的構(gòu)象特征；在拓?fù)鋵W(xué)中，具有奇特性能的莫比烏斯環(huán)也是一種同時(shí)具有環(huán)和手性特征的結(jié)構(gòu)。然而，目前所知，在納米尺度，同時(shí)具有環(huán)和手性兩個(gè)特征的多級(jí)結(jié)構(gòu)尚未見(jiàn)報(bào)道。

近期，華東理工大學(xué)材料學(xué)院林嘉平教授團(tuán)隊(duì)在手性環(huán)狀納米結(jié)構(gòu)的制備上取得了新發(fā)現(xiàn)。研究發(fā)現(xiàn)，聚(γ-芐基-L-谷氨酸酯)(PBLG)均聚物與聚(γ-芐基-L-谷氨酸酯)-嵌段-聚乙二醇(PBLG-b-PEG)嵌段共聚物二元體系在溶液中自組裝形成尺寸均勻、手性可控的螺旋環(huán)狀多級(jí)納米結(jié)構(gòu)。通過(guò)調(diào)控嵌段共聚物與均聚物的共混比例，發(fā)現(xiàn)環(huán)狀結(jié)構(gòu)是由均聚物組裝形成的。進(jìn)一步的研究表明，該手性環(huán)的形成是一個(gè)連續(xù)的兩步自組裝過(guò)程：首先聚肽均聚物自組裝形成均勻的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，然后嵌段共聚物在均聚物環(huán)上自組裝形成具有手性螺旋的表面納米結(jié)構(gòu)。值得注意的是，PBLG-b-PEG/PBLG體系自組裝形成的手性環(huán)表面的螺旋都是右旋手性的（圖a）。使用具有相反手性聚肽嵌段的PBDG-b-PEG進(jìn)行自組裝，也可以得到手性環(huán)，但是表面螺紋都是左旋手性的（圖b）；而如果將PBDG-b-PEG和PBLG-b-PEG兩種嵌段共聚物與PBLG均聚物共混自組裝則可以得到無(wú)手性的、具有算珠狀表面的環(huán)狀組裝體（圖c）。研究工作首次報(bào)道了在納米尺度構(gòu)筑具有手性的環(huán)狀多級(jí)結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步加深了對(duì)曲面受限自組裝，以及曲面手性調(diào)控規(guī)律的認(rèn)識(shí)，并為構(gòu)筑各類復(fù)雜多級(jí)納米結(jié)構(gòu)提供參考。

該工作由材料學(xué)院博士生徐鵬飛、青年教師高梁在蔡春華教授和林嘉平教授的指導(dǎo)下完成，相關(guān)工作以“Helical Toroids Self-Assembled from a Binary System of Polypeptide Homopolymer and Its Block Copolymer”為題發(fā)表在Angew. Chem. Int. Ed. (DOI: 10.1002/anie.202004102)，并已入選Hot Paper。

文章鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202004102