本文選題：多肽自組裝　切入點：超分子　出處：《南京大學》2017年博士論文

【摘要】：多肽分子自組裝材料在近些年引起了越來越多研究者的關注,逐漸在生物材料,環(huán)境材料,醫(yī)學材料等新材料領域成為熱點,大放異彩。多肽分子處于特定的條件和環(huán)境中,可以在氫鍵,疏水相互作用,π-π堆積作用,離子互補相互作用等的驅動下形成高度有序的復雜的組裝結構。通過設計自組裝多肽的序列,控制組裝條件和過程,能夠得到各種表現形式的自組裝多肽材料,例如多肽水凝膠,多肽納米管,多肽納米球,多肽晶體,多肽纖維等等。由于多肽材料極為優(yōu)秀的生物相容性,可降解性和簡單的合成制備步驟,自組裝多肽材料在光吸收材料,3D打印材料,軟材料致動器,可控藥物釋放,超分子水凝膠等方面具有巨大的應用前景。本論文研究了多肽自組裝材料的物理和力學性質及其在光吸收催化體系,光致發(fā)光體系,超分子水凝膠和雙網絡水凝膠體系中的設計和應用,主要內容包括:第一,基于多肽自組裝的光吸收體系和催化材料。主要研究了分別基于氨基酸序列為苯丙氨酸-苯丙氨酸(FF)和卟琳-苯丙氨酸-苯丙氨酸(MCpP-FF)的兩種多肽自組裝結構的光吸收體系,包括自組裝結構的形成機理,微觀結構,光學性質,結合了電子供體和受體的光吸收催化反應速率,效率和重復性等內容,建立了高效的光吸收催化體系和人工模擬光合作用的系統(tǒng),這兩種光吸收體系對于NAD+到NADH的催化反應效率均達到了 25%以上,并且其中MCpP-FF的五次循環(huán)使用效率保持在60%以上,相比于其他的光吸收體系具備高效,可重復使用,生物相容性高等優(yōu)勢。第二,基于多肽自組裝的光吸收和光致發(fā)光水凝膠材料。主要研究了基于二聯吡啶-苯丙氨酸-谷氨酸-苯丙氨酸-賴氨酸-苯丙氨酸-谷氨酸-苯丙氨酸-賴氨酸(Bpy-FEFKFEFK,簡稱EFK-Bpy)自組裝和金屬離子配位相互作用形成膠聯的水凝膠,包括其制備方法,化學結構,力學特性,光學性質,微觀結構等,給出了使用該種類水凝膠材料作為光致發(fā)光軟物質光源的相關應用。使用該種多肽水凝膠作為光致發(fā)光平臺,在可以進行各種顏色光致發(fā)光的同時還可以受激發(fā)射純凈白光光源,白光CIE值為(0.33,0.33),同時還有具備可自修復,水中可正常工作等特點,可打印等特性,展現了其用于可編輯的3D打印材料和光致發(fā)光軟材料方面的巨大應用前景。第三,自組裝多肽在二級結構與鋁離子的直接結合研究及其組成水凝膠的應用。主要研究了分別基于EFK8(N-FEFEFKFK-C,簡稱EFK8-Ⅰ型,N-FEFKFEFK-C,簡稱 EFK8-Ⅱ 型,N-KFKFEFEF-C,簡稱 KFE-Ⅰ 型和N-KFEFKFEF-C,簡稱KFE-Ⅱ型)的自組裝多肽水凝膠對于鋁離子的特異性結合,包括離子結合對多肽自組裝纖維結構,二級結構,自組裝速率,水凝膠的物理力學性質的影響,證明了多肽二級結構選擇性離子結合的現象,提出了一種可能的離子結合模型,最后展示了該種水凝膠在鋁金屬保護方面的應用設計和實例。第四,基于多肽自組裝的超分子水凝膠致動器材料。主要研究了使用序列為2-萘乙酸-谷氨酸-苯丙氨酸-苯丙氨酸-多巴(NapGFFDopa)的多肽作為自組裝單體,形成電操控的超分子多肽水凝膠,詳細研究了水凝膠的力學性質,電操控變換性質,電化學變化和微觀結構的變化以及生物相容性,展示了使用該種水凝膠制備的各種致動器器件和實際應用,包括能夠實現電操控線性運動,線性放大,旋轉運動,藥物釋放和微流系統(tǒng)操控的致動器器件。第五,基于多肽自組裝和高分子共價膠聯的雙網絡超強水凝膠材料。主要設計了一種新型的具備與自然軟骨結構類似力學性質的高分子-超分子(多肽)雙網絡水凝膠。該種水凝膠穩(wěn)定,結實并具有隨時間變化的應力馳豫性質和快速恢復性質,如此獨一無二的力學性質使其具備成為軟骨修復水凝膠支架的潛力。同時我們也展示了這種水凝膠的可設計性,其力學性質可以通過改變不同組分比例來調節(jié),展現了該種雙網絡水凝膠在軟骨修復領域和組織再生領域有巨大的應用前景。
[Abstract]:Molecular self-assembly of peptide material in recent years has attracted more and more attentions, gradually in biological materials, environmental materials, medical materials and other new materials has become a hot spot, shine. Peptide specific conditions and in the environment, in the hydrophobic interaction, hydrogen bonding, stacking interaction, forming a complex assembly structure the highly ordered driver interaction. Through the design of complementary ion self assembling peptide sequence, assembly condition and process control, can be self assembling peptide materials of various forms, such as polypeptide hydrogel, peptide nanotubes, polypeptide nanospheres, peptide crystals, polypeptide fibers and so on. Due to this material extremely compatibility good biological degradability and simple preparation steps, self assembling peptide material in the light absorbing material, 3D printing materials, soft material actuator, controlled drug release, super It has great application prospect. Sub hydrogel were studied in this paper the physical and mechanical properties of peptide self assembled materials in optical absorption and photoluminescence catalytic system, system design and application of supramolecular hydrogels and double network hydrogel system. The main contents include: first, the absorption system and self assembly peptide light catalytic materials based on the main research respectively based on the amino acid sequence of phenylalanine phenylalanine (FF) and porphyrin - phenylalanine - phenylalanine (MCpP-FF) two peptide self-assembly structure of light absorption system, including the formation mechanism of the self-assembled structure microstructure, optical properties, combined with the electron donor and acceptor absorption catalytic reaction rate the efficiency and reproducibility, etc., to establish the efficient light absorption system and artificial photosynthesis catalytic system, the two kinds of optical absorption system for NAD+ to NADH Catalytic efficiency reached above 25%, and the MCpP-FF five cycle efficiency remained above 60%, compared to other light absorption system with high efficient, reusable, biocompatible advantages. Second, absorption of light and the self-assembled peptide hydrogel material based on photoluminescence. Main research two pyridine - phenylalanine - glutamate - phenylalanine - lysine - phenylalanine - glutamate - phenylalanine lysine (Bpy-FEFKFEFK, EFK-Bpy) based on self-assembly and metal coordination interactions to form hydrogel contact, including its preparation, chemical structure, mechanical properties, optical properties, microstructure and so on, are given the application of using the type of hydrogel material as light emitting material soft light source. The use of the polypeptide hydrogel as photoluminescence in the platform, can be a variety of colors with photoluminescence When can the stimulated emission of pure white light, white light CIE value (0.33,0.33), as well as with self repairing, water can work normally and other characteristics, can print properties, show for 3D printing materials can be edited and photoluminescent materials soft large applications. Third, self assembling peptide in the application of direct combination research of two stage structure and aluminum ion and composition of hydrogel. Mainly studies which are based on EFK8 (N-FEFEFKFK-C, referred to as EFK8- 1, N-FEFKFEFK-C, EFK8- II, N-KFKFEFEF-C, KFE- and N-KFEFKFEF-C type, KFE- type II) self-assembled peptide hydrogel specific for aluminum ion binding, including ion binding peptide self-assembly on the fiber structure, two stage structure, self-assembly rate, physical and mechanical properties of hydrogels, proved that the polypeptide secondary structure of two selective ion binding phenomenon,. A possible ion binding model, and finally show the kind of hydrogel in aluminum metal protection design and application example. Fourth, supramolecular hydrogel actuator materials based on peptide self-assembly are investigated. The use of sequences of DOPA as 2- NAA - glutamic acid - phenylalanine - phenylalanine (NapGFFDopa) polypeptide as self assembling single the body, the formation of supramolecular peptide hydrogel electric control, a detailed study of the mechanical properties of the hydrogel, electric control transform nature, change the electrochemical changes and microstructure and biocompatibility, which shows a variety of actuator device using such a hydrogel preparation and application, including electric control can realize linear movement, linear amplification, rotation exercise, drug release and actuator device for microfluidic system control. Fifth, peptide self-assembly and polymer glue dual network based on super water Rubber materials. The main design of a new type of polymer and natural cartilage have similar structure and mechanical properties of the supramolecular (polypeptide) double network hydrogel. The hydrogel is stable, and has strong time-varying stress relaxation properties and mechanical properties of fast recovery properties, so the one and only make it have become cartilage repair hydrogel scaffold potential. We also show the design of the hydrogel, its mechanical properties can be changed by different components to regulate the proportion, showing the double network hydrogel has wide application prospect in the field of cartilage repair and tissue regeneration.

【學位授予單位】：南京大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TB34

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本文編號：1658932