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人工金属-肽组装体:通过空间和跨长度尺度的生物启发组装

期刊:Journal of the American Chemical SocietyDOI:10.1021/jacs.1c08487

本文档属于类型b,即一篇科学论文,但不是单一原创研究的报告。它是一篇关于人工金属-肽组装体(MPAs)的综述文章,由Jinqiao Dong、Yan Liu和Yong Cui撰写,发表于2021年10月7日的《Journal of the American Chemical Society》上。文章主要探讨了通过生物启发的方式,利用肽和金属组装形成具有纳米级空腔或孔洞的金属-肽组装体(MPAs),以解决当前手性多孔材料在化学工程和生物技术应用中的瓶颈问题。

主要作者与机构
本文的主要作者为Jinqiao Dong、Yan Liu和Yong Cui,他们均来自上海交通大学化学与化工学院,前沿科学中心与金属基复合材料国家重点实验室。文章于2021年10月7日发表在《Journal of the American Chemical Society》上。

文章主题
文章的主题是人工金属-肽组装体(MPAs)的研究进展与挑战。MPAs是通过肽和金属的组装形成的具有纳米级空腔或孔洞的材料,旨在解决手性多孔材料在化学工程和生物技术应用中的适应性和可加工性问题。

主要观点与论据
1. 手性多孔材料的背景与挑战
手性多孔材料,如金属有机框架(MOFs)和金属有机配合物(MOCs),在材料科学中具有广泛的应用,特别是在对映选择性过程中。然而,这些材料在实际应用中面临的主要挑战包括缺乏对重要生物分子的特异性高亲和力结合、对映选择性不足、适应性差、兼容性差以及加工性差。文章指出,这些限制严重阻碍了手性多孔材料在化学工程和生物技术中的实际应用。

  1. 人工金属-肽组装体(MPAs)的提出
    为了解决上述问题,文章提出了人工金属-肽组装体(MPAs)的概念。MPAs通过肽和金属的组装形成纳米级空腔或孔洞,能够通过超精细调控肽衍生的连接体,实现对对映识别位点、构象灵活性、空腔大小和亲水性片段的精确控制。MPAs的组装方式不仅模仿了生物系统中的肽组装和折叠,还通过金属配位和非共价相互作用的协同作用,创建了类似于酶口袋的适应性蛋白样纳米空腔。

  2. MPAs的结构与功能
    文章详细讨论了MPAs的几种典型结构,包括结构明确的金属-肽配合物和高结晶度的金属-肽框架。这些结构通过肽的组装和金属配位,形成了具有多种构象变化的纳米空腔,能够进行对映选择性识别和生物化学过程。文章还指出,通过操控氨基酸序列和侧链基团,MPAs可以实现程序化和基因编码的肽介导多孔材料,从而增强对映选择性识别能力。

  3. MPAs的应用前景
    MPAs在多个领域具有广泛的应用前景,包括生物分子识别、手性膜分离、手性光学材料、酶模拟催化和刺激响应仿生材料等。文章特别强调了MPAs在生物分子识别中的潜力,例如对葡萄糖和D-丙氨酸-D-丙氨酸的高选择性结合,以及对DNA复制焦点的标记。此外,MPAs在手性膜分离和手性光学材料中的应用也展示了其在工业中的潜在价值。

  4. MPAs的设计与合成挑战
    文章还讨论了MPAs设计与合成中的挑战,包括如何通过侧链基团的操控和氨基酸序列的调控,实现对MPAs结构和功能的精确控制。文章指出,MPAs的灵活性和适应性是其优势,但也带来了合成和表征的复杂性。未来的研究需要进一步探索MPAs的合成策略,以实现其在实际应用中的潜力。

文章的意义与价值
本文综述了人工金属-肽组装体(MPAs)的研究进展与挑战,提出了通过生物启发的方式设计和合成MPAs,以解决手性多孔材料在实际应用中的瓶颈问题。文章不仅总结了MPAs的结构、功能和应用前景,还指出了未来研究的方向和挑战。本文的研究为开发新型手性材料提供了重要的理论依据和技术支持,具有重要的科学意义和应用价值。

亮点
1. 提出了人工金属-肽组装体(MPAs)的概念,为解决手性多孔材料的应用瓶颈提供了新的思路。 2. 详细讨论了MPAs的结构、功能和应用前景,展示了其在生物分子识别、手性膜分离和手性光学材料中的潜在应用。 3. 指出了MPAs设计与合成中的挑战,为未来的研究提供了方向。

本文通过对MPAs的综述,展示了其在手性材料领域的重要潜力,并为未来的研究和应用提供了理论支持和技术指导。

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