手性結(jié)構(gòu)在自然界中的不同尺度下隨處可見，大到我們的宇宙星云，小到蝸牛、牽?；ㄌ俣加衅涮囟ㄊ中?。甚至組成生命體的基本單元也具有特定手性，生物體內(nèi)的氨基酸都是左旋的，糖分子都是右旋的。長期以來，化學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)，并賦予其獨特的生物、催化等性能。環(huán)狀結(jié)構(gòu)在自然界中也廣泛存在，例如DNA分子能夠纏繞形成均一的環(huán)狀結(jié)構(gòu)。
在分子層次，存在同時具有環(huán)和手性兩個特征的結(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；在拓撲學中，具有奇特性能的莫比烏斯環(huán)也是一種同時具有環(huán)和手性特征的結(jié)構(gòu)。然而，目前所知，在納米尺度，同時具有環(huán)和手性兩個特征的多級結(jié)構(gòu)尚未見報道。
最近，華東理工大學材料學院林嘉平教授團隊在手性環(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)狀多級納米結(jié)構(gòu)。通過調(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。進一步的研究表明，該手性環(huán)的形成是一個連續(xù)的兩步自組裝過程：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）。研究工作首次報道了在納米尺度構(gòu)筑具有手性的環(huán)狀多級結(jié)構(gòu)，進一步加深了對曲面受限自組裝、以及曲面手性調(diào)控規(guī)律的認識，并為構(gòu)筑各類復雜多級納米結(jié)構(gòu)提供參考。
該工作由華東理工大學博士生徐鵬飛、青年教師高梁在蔡春華教授和林嘉平教授的指導下完成，相關工作以”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。
