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　　近日，上海交通大學材料科學與工程學院、金屬基復合材料國家重點實驗室研究團隊在仿生手性超分子水凝膠材料取得了重要進展，研究成果在 Angew. Chem. Int. Ed上發(fā)表論文兩篇，其中一篇成為該期刊的封面文章。

仿生手性超分子水凝膠材料研究獲突破

　　該項研究工作得到國家自然科學基金、973、教育部新世紀優(yōu)秀人才、上海東方學者和浦江人才計劃等資助。兩篇文章第一作者為劉國鋒博士，通訊作者為材料學院馮傳良教授。

　　水凝膠是最好的仿生細胞外基質(ECM)之一, 而ECM是支持并連接組織的網(wǎng)架結構，主要調節(jié)組織的發(fā)生和細胞的生理活動，其中ECM手性特征起到了決定作用，然而關于ECM手性調節(jié)組織細胞的研究仍處于探索階段，其影響細胞粘附、生長的本質和機理仍舊是個亟需解決的關鍵科學問題，開展相關研究不僅能夠了解生命體系中立體選擇性的起源，而且在生物醫(yī)藥健康等領域有應用價值。而解決該問題的關鍵是如何通過設計分子結構以構建具有手性特征的仿生水凝膠材料、研究其與細胞及生物分子的相互作用。

　　為了解決上述科學問題，幾年來課題組將可功能化的理念引入到了超分子凝膠分子結構的設計中，構建了系列手性可控、功能可調、智能響應的仿生納米纖維自組裝體。合成了系列基于C2對稱的手性超分子凝膠因子，具有模塊可設計的特點。該類超分子之間通過剛性核疏水-疏水或π-π、分子臂上氫鍵的恒定作用進行自組裝，不受外側化學組份的影響，確保了組裝的同時，賦予了組裝體可功能化的優(yōu)點。其次，自組裝納米纖維凝膠中水分含量范圍廣泛，最高可達 99.94%，擁有10-80微米多孔結構，滿足了細胞生長空間的需求，納米纖維直徑在10-300納米之間，具有仿生膠原蛋白結構的特征。同時具有力學強度可調控的特征，可滿足不同細胞的粘附生長。特別發(fā)現(xiàn)了該類手性超分子自組裝體手性特征受到非手性分子影響，為探索非手性因素對手性組裝影響的機制提供了理論支持，文章發(fā)表在Angew. Chem. Int. Ed. (2016, DOI: 10.1002/anie. 201510140R1)上，并被作為封面文章。

　　基于上述手性自組裝體，進一步揭示了手性納米纖維調控細胞粘附、生長的規(guī)律及機理，首次報道了左旋納米纖維可大大促進細胞的粘附、生長，右旋環(huán)境中則抑制細胞的粘附、生長。并通過研究細胞膜基質蛋白與手性納米纖維的相互作用，揭示了基質蛋白介導細胞粘附、生長的機理。此研究對構建仿生手性微納米結構提供了理論基礎和新思路，初步解決了手性納米纖維調控細胞粘附、生長等基礎科學問題，相關研究發(fā)表在Angew. Chem. Int. Ed. 2014, 53, 7789-7793。

　　上述研究表明開發(fā)手性可控的水凝膠體系的可行性，納米纖維結構的手性可顯著影響細胞、生物分子與材料的相互作用，尤其該手性結構可進一步功能化，從而實現(xiàn)調控細胞行為，這對新型生物材料與器件的設計開發(fā)有重要意義。對開發(fā)仿生手性ECM的應用材料、為組織工程、生物醫(yī)藥的發(fā)展提供仿生網(wǎng)架結構的開發(fā)提供堅實的理論和技術支持。

　　該項研究開發(fā)了手性可控的超分子水凝膠體系，發(fā)現(xiàn)超分子手性自組裝結構能夠被非手性分子調控，而納米纖維結構的手性可顯著影響細胞、生物分子與材料的相互作用，進一步功能化手性結構則賦予手性自組裝結構智能調控細胞行為的功能，該研究不僅能夠了解生命體系中立體選擇性的起源，而且在生物醫(yī)藥健康等領域有應用價值。