超级凝胶剂：1/50000浓度即可成凝胶

近日，以色列特拉维夫大学的Gazit课题组在Wiley旗下期刊《先进材料》上发表了题为“Unusual Two-Step Assembly of a Minimalistic Dipeptide-Based Functional Hypergelator”的论文，报道了一种基于赖氨酸（Lys）和天冬氨酸（Asp）的新型二肽凝胶剂Fmoc-Lys (Fmoc)-Asp。

图1. Fmoc-Lys (Fmoc)-Asp的分子设计及凝胶性能表征

自组装多肽在室温下自组装形成纳米纤维3D网络超分子凝胶已经是经典的自组装过程，美国西北大学的Stupp课题组在这方面做了很多出色的工作1,2。近些年来，多肽水凝胶已经从实验室走向了产品化。制备低临界凝胶浓度（critical gelation concentration，CGC）的凝胶剂是很多科学家追求的目标。在本文报道的二肽凝胶剂Fmoc-Lys (Fmoc)-Asp之前，还没有科学家制备出CGC低于0.007 wt%的多肽凝胶剂（FEFEFKFKFEFEFKFK十六肽）。Fmoc-Lys (Fmoc)-Asp在0.002 wt%的浓度下就可以形成凝胶，吸水率5万倍，是名副其实的 “超级” 凝胶剂！

虽然多肽类凝胶剂并不新鲜，文章报道的二肽凝胶剂在分子设计上独具一格：两个巨大的Fmoc基团和两个高度带电的羧基分居分子两侧，分别形成了强疏水端和强亲水端，亲疏水端相互平衡才使得低CGC稳定凝胶体系的形成成为可能。

二肽超级凝胶剂的形成是依赖于时间的，总体来讲分为两步。首先二肽分子形成微米级球状聚集体凝胶，放置一段时间后，球状聚集体继而自组装成只有1.5 nm的纳米纤维交联网络。通常情况下，自组装都是bottom-up的过程，由小结构逐渐演变为大结构。而本文所报道的自组装路线确实像文章题目所述，是“不寻常”的。作者采用了流变力学性能测试、粉末X射线衍射、光谱及固体核磁对自组装过程进行了表征。

图2. Fmoc-Lys (Fmoc)-Asp凝胶两步自组装过程的实验表征

作者对Fmoc-Lys (Fmoc)-Asp自组装过程的研究很是系统，除了以上实验的表征外，还进行了粗粒分子动力学（CG-MD）模拟，印证和进一步揭示了两步自组装形成胶状聚集体的机理。

图3. Fmoc-Lys (Fmoc)-Asp凝胶两步自组装过程的分子动力学模拟

为了证明分子设计的独一无二，作者又合成了另外13种具有相似结构的二肽，并对比了它们的凝胶效率。此外，作者制备了聚苯胺-二肽复合凝胶并初步探索了将其用作3D细胞培养骨架的可能性。

图4. 凝胶用于3D细胞培养

原文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.201906043

参考文献：

1. https://doi.org/10.1002/bip.21328

2. https://doi.org/10.1021/acs.accounts.7b00297

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