研究人员开发了用于智能功能材料的高熵非共价环肽玻璃

中国科学院过程工程研究所的研究人员开发了一种可持续、可生物降解、可生物循环的材料：高熵非共价环肽（HECP）玻璃。这种创新的玻璃具有增强的抗结晶性、改善的机械性能和增加的酶耐受性，为其在药物配方和智能功能材料中的应用奠定了基础

这项研究于8月26日发表在《自然纳米技术》上。

玻璃材料因其光学透明度和化学稳定性等多功能特性，长期以来一直是技术和文化进步不可或缺的一部分。然而，传统的玻璃材料通常依赖于强离子和共价键，这带来了与毒性、资源枯竭和环境持久性相关的挑战。作为回应，研究人员一直在努力开发下一代玻璃材料，优先考虑生物降解性、生物循环性和可持续性

由IPE的严学海教授领导的一个研究小组率先开发了基于氨基酸和肽成分的可生物降解、可生物回收的玻璃。这些创新的生物分子非共价玻璃为传统玻璃和塑料提供了一种可持续的替代品，有望带来环境和生态效益。然而，开发一种稳定的非共价玻璃，在具有挑战性的生理条件下表现良好，同时最大限度地减少排斥反应，一直是一个挑战

环肽（CP）以连接氨基和羧基末端的环状骨架为特征，与线性对应物相比，具有多种生物活性、增强的稳定性和抗酶降解性。这使得CP成为开发用于生物医学或其他高科技应用的非共价玻璃的有前景的平台。然而，它们强烈的结晶倾向限制了它们在玻璃技术中的潜力

为了克服这一障碍，研究小组开发了一种基于CP的稳定非共价玻璃的新方法。这种方法被称为高熵策略，涉及结合各种CP来创造一个有效抑制结晶的高熵环境

CP经历了熔融淬火过程，在该过程中，它们被加热到熔点以上，然后迅速冷却，以将无序的构象保持在过冷的液态，最终导致玻璃的形成。值得注意的是，该策略的基本原理广泛适用于制备由其他小有机分子组成的高熵非共价玻璃

与单个环肽或线性肽玻璃相比，所得HECP玻璃具有增强的抗结晶性、改进的机械性能和更大的酶耐受性。这些改进源于HECP玻璃内缓慢扩散和超连接网络架构的协同效应。此外，这些特性可以通过成分调整来定制，使HECP玻璃成为控制释放至关重要的药物递送系统的有前景的候选者

此外，HECP玻璃已经证明了结合其他功能部分的潜力，如染料和纳米粒子，有助于设计和开发多功能、可持续、非共价玻璃

严教授说：“高熵策略已被证明是实现稳定非共价玻璃的有效方法，尽管现阶段它仍局限于实验室环境。”

展望未来，需要进一步的研究来探索HECP玻璃在各种应用中的全部潜力，包括开发具有更高热稳定性的HECP玻璃，引入额外的官能团以提高其光电性能，以及探索避免使用有机溶剂或高温的替代合成方法 More information: Xuehai Yan et al, High-entropy non-covalent cyclic peptide glass, Nature Nanotechnology (2024). DOI: 10.1038/s41565-024-01766-3

Journal information: Nature Nanotechnology