【本站讯】分子自组装是现阶段制备新材料和产生新功能的重要手段之一，与其他有机小分子和聚合物高分子相比，生物源性的短肽分子作为构筑基元具有易合成和易修饰、分子间作用方式异常丰富等特点，这使其自组装近年来备受关注。然而，由于短肽自组装过程受肽自身氨基酸序列以及多种热力学或动力学因素影响，导致难以根据自组装过程预测并设计目标功能材料，因此如何对其自组装过程进行精准调控是该领域亟待解决的关键科学问题。

鉴于此，我校徐海教授团队联合国内外多个研究团队，从头设计不同系列短肽分子，深入研究短肽自组装以及共组装过程的超分子组装体的结构调控以及手性反转过程机制，实现自组装过程精准手性调控，为短肽自组装仿生材料设计提供新范式。相关成果先后在Advanced Science（先进科学）、ACS Nano（ACS纳米）和Journal of the American Chemical Society（美国化学会志）等国际权威学术期刊上发表。相关研究工作得到国家自然科学基金面上项目的支持。

在20种天然氨基酸中，甘氨酸侧链只含有一个氢原子，是唯一的非手性氨基酸，具有高度的折叠自由度，在蛋白质结构调控和生物学功能中发挥着重要作用。研究团队通过在自组装短肽序列中插入甘氨酸，首次报道了甘氨酸插入位置的改变调控短肽分子的弯曲程度，进而影响短肽自组装过程中分子间的氢键作用模式，最终导致不同的自组装结构和超分子手性。此工作不仅有助于理解蛋白质结构中甘氨酸的特定作用，而且为调控短肽超分子结构和手性提供了新思路。相关研究成果以“How Do Glycine-Induced Bent Structures Influence Hierarchical Nanostructuring and Suprastructural Handedness in Short Peptide Assembly?”为题发表在Advanced Science，第一作者为我校2022级硕士研究生巨新丰，通讯作者为我校化学化工学院徐海教授、赵玉荣副教授和青岛理工大学王慕涵副教授，中国石油大学（华东）为第一署名单位。

在生命系统和材料科学中，超分子手性反转通常会导致物理性质和生物功能发生显著变化。当前，手性反转在单一手性组分的自组装中已有较多研究，但在多组分共组装体系中的手性反转机制仍鲜有报道。鉴于此，研究团队设计合成了系列短肽立体异构体，通过不同立体异构体的共组装来实现手性反转。研究表明，相对于具有相同螺旋方向的自组装纳米纤维，共组装纳米纤维在多种混合比例下均表现出显著的螺旋手性反转，理论分析揭示手性反转是为了利于共组装过程分子间氢键的形成。该项工作首次报道了通过共组装来实现手性反转，不仅为通过共组装调节短肽纳米材料的超分子结构手性提供了新的途径，而且有助于更好地理解多组分生物体系中的手性反转。相关成果以“Chirality Inversion upon Co-Assembly of Stereoisomeric Short Peptides with Like-Handedness”为题发表在ACS Nano上，第一作者为我校2020级博士研究生王燕和赵玉荣副教授，通讯作者为我校化学化工学院徐海教授、浙江大学陶凯研究员和中科院兰州化学物理研究所胡徐智研究员，中国石油大学（华东）为第一署名单位。

立体结构互补在维持蛋白质空间结构和生物识别中具有关键性作用，而如何在分子组装过程中调控立体结构互补来构筑多肽和蛋白质纳米材料仍然是生物材料领域的挑战性课题。鉴于此，研究团队设计了系列芳香性短肽，通过不同手性对映体之间的共组装，将分子间的立体结构互补与侧链π-π芳香堆积作用有效结合，实现了共组装的能力、组装体纳米和超分子手性的精确调控。这项工作提供了一个调控生物分子共组装的新策略，对今后功能性生物材料的设计和制备将会产生积极影响。相关成果以“Steric Complementarity Drives Strong Co-Assembly of Short Peptide Stereoisomers”为题发表在Journal of the American Chemical Society，第一作者为我校2019级博士生齐豪和2021级博士生祁凯，通讯作者为化学化工学院徐海教授、中科院兰州化学物理研究所胡徐智研究员和英国曼彻斯特大学Jian R. Lu教授，中国石油大学（华东）和烟台先进材料与绿色制造山东省实验室为共同第一署名单位。

徐海教授所在的生物界面与材料研究团队，长期致力于生物分子的设计、自组装及功能化的研究，在国家自然科学基金的持续资助下，团队累计在Nature Communications、Journal of the American Chemical Society、ACS Nano、Science Advances、Advanced Science、Nano Letters、 Biomaterials等国内外权威期刊发表高质量学术论文100余篇，授权发明专利20余项，开发了生物材料原创性技术多项，累计培养博士、硕士研究生近百名。

论文链接：

https://doi.org/10.1002/advs.202413602

https://doi.org/10.1021/acsnano.5c02425

https://doi.org/10.1021/jacs.4c17497.