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多肽自组装结构的设计及应用

多肽自组装是指由多肽分子自发地通过非共价相互作用力（如

氢键、π-π叠合、疏水相互作用等）形成具有一定空间结构和功能

的超分子自组装结构。相比于传统材料，多肽自组装材料具有独

特的低维度结构、高稳定性、可编程性和多功能性，因而具有广

泛的应用前景。本文将介绍多肽自组装结构的设计及在材料科学、

生物医学等领域的应用。

一、多肽自组装结构的设计

多肽是一类天然具有高度结构可控性的生物大分子，由氨基酸

分子组成。与其他聚合物材料相比，多肽具有组成结构任意性、

多样性、施加外界刺激（如光、温度、离子等）响应度高等优势，

这使得多肽成为自组装材料的理想平台。多肽自组装材料是由多

肽分子自行组装而成的一种新型超分子材料。多肽自组装材料具

有微米尺度的空间尺度，因此具有许多独特的物理和化学特性。

而多肽自组装结构的形态、稳定性、功能等均取决于多肽的序列、

长度、氨基酸残基、链端修饰等因素。因此，多肽自组装材料的

设计是实现其应用的关键。

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多肽自组装结构的设计中，最常用的手段是通过改变多肽分子

间的非共价相互作用力以及多肽的分子结构，从而调控其自组装

形态和稳定性。比如，增加多肽分子内部的氢键、π-π叠合等相互

作用，可以促进多肽自组装结构的形成；更换氨基酸残基或对多

肽链端进行化学修饰，也可以调制多肽自组装行为。此外，基于

多肽在生命科学中的重要作用，近年来，基因工程技术已经成为

了多肽自组装结构的一个设计重点。通过基因重组技术，可以设

计与生物体内天然蛋白类似的多肽，从而获得具有更复杂结构和

多功能性的多肽自组装材料。

二、多肽自组装材料的应用

多肽自组装材料具有广泛的应用前景，主要涉及材料科学、生

物医学、生物传感器等研究领域。

1.材料科学

多肽自组装材料在材料科学中的应用主要包括纳米材料合成、

模板制备、荧光探针等。在这些应用中，多肽自组装材料可作为

模板、催化剂、荧光标记物等作用。比如，多肽自组装纳米材料

具有巨大的比表面积和特殊的表面沟道结构，因此可以用作高效

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的催化剂，在化学反应、光电子学等领域有广泛的应用。此外，

多肽自组装可以通过改变自组装条件，实现多肽结构的定向排列，

并通过光学、电学等方法对其进行表征，从而为纳米材料的制备

和设计提供了新的思路。

2.生物医学

多肽自组装材料在生物医学中的应用主要包括细胞培养、药物

输送、组织工程、生物传感器等。比如，通过改变多肽自组装条

件，可以获得二维和三维多肽自组装结构，这些结构可以用于模

拟细胞外基质或细胞内环境，为生物医学研究提供新的研究平台。

此外，由于多肽自组装材料具有高度的空间结构可控性和大的空

隙度，因此可以被用作药物输送载体，将药物纳入其空隙中，并

将其输送至特定组织或细胞中，以降低药物的毒副作用和提高药

物的治疗效果。

3.生物传感器

多肽自组装材料的高度可控性和多功能性质可以被用于构建生

物传感器。通过选择合适的多肽自组装材料，并将其修饰到传感

器的表面，可以实现对特定细胞或生化分子的检测。比如，用氨

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基酸序列富含芳香环的多肽修饰到超薄金膜的表面，可以制备出

一种高灵敏度的气体传感器，用于检测有机化合物等。