超分子水凝胶响应配体 – 受体相互作用外文翻译资料

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超分子水凝胶响应配体 - 受体相互作用

该通信描述了响应生物配体 - 受体相互作用的超分子水凝胶的第一个实例。作为产生具有所需特性的新材料的有效方法，超分子相互作用已被用于模拟DNA螺旋或蛋白质折叠，形成液晶构建大分子，制造化学传感器或产生有机凝胶或水凝胶。尽管有超分子水凝胶响应pH或热刺激的报道，但尚未设计出在配体 - 受体相互作用下显示相变的超分子水凝胶。在这项工作中，我们报告了一种基于N-（芴基-9-甲氧基羰基）-D-Ala-D-Ala（1）的新型超分子水凝胶，其在与其配体结合时表现出凝胶 - 溶胶转变（即， 万古霉素：Van）通过配体 - 受体相互作用，可以干扰疏水相互作用和氢键之间的微妙平衡，并诱导凝胶 - 溶胶转变。此外，由对映体1形成的水凝胶对Van没有反应。我们相信通过生物配体 - 受体相互作用或手性识别来控制水凝胶性质的能力可能最终导致新的疾病或组织特异性药物递送系统。

在合成芘丁酰基D-Ala-D-Ala作为短的寡肽水凝胶剂时，我们观察到中间体Fmoc-D-Ala-D-Ala（1）形成了高效的水凝胶（1分子1可凝胶化大约15000水分子）。由于Fmoc保护的二肽是肽合成中常见的中间体，一些Fmoc-氨基酸是抗炎剂，我们合成了一系列Fmoc-二肽（方案1），目的是开发一类易于获得的新型低分子量水凝胶剂，并可用作新的生物材料。

方案1

从市售的Fmoc-氨基酸开始，我们获得最终产物，总产率为60-70％。二肽形成水凝胶的条件列于表1中。图1和2显示了在pH = 3时胶化水的优异能力，在凝胶浓度为约4mM时形成水凝胶。用甘氨酸取代1中的两个丙氨酸得到3，除了较高浓度（[3]）11mM）外，其表现出与1和2相似的凝胶化行为。在更高的凝胶剂浓度和不同的pH值，4和5形成水凝胶。由于苏氨酸的R-位置处的相对大的侧链，6在类似条件下不能凝胶水。从3到6，空间位阻的增加明显降低了它们形成水凝胶的能力。关于结构 - 凝胶关系的进一步研究正在进行中。

表1：1到6形成溶胶 - 凝胶或凝胶 - 溶胶转变的条件

A凝胶化所需的最小胶凝剂浓度。
b凝胶变成溶液的温度。
c凝胶化的pH值
d完全凝胶 - 溶胶转变所需的Van的等价的量。
e无凝胶化（或阴性结果）。
f降水。

图1：（A）CD谱和（B）1,2和3的水凝胶的发射光谱（lambda;激发= 266nm）。

1和2的圆二色（CD）几乎是镜像（图1）。在219（npi;*跃迁）和246-304nm（pi;pi;*跃迁）处的棉花效应分别表示由水凝胶中的D-Ala或L-Ala残基和芴基形成的超螺旋排列。正如所料，3号水凝胶没有CD信号。在1和2的水凝胶中328nm处的发射峰表明两个芴以反平行模式重叠。水凝胶3的323nm处的峰和375nm处的肩峰表明少量的pi;-pi;重叠是平行的，可能是由于3的空间位阻较小。由化合物1,2和3形成的水凝胶表现出对热和pH变化的类似响应。形成凝胶的1,2和3的最合适的pH值是3。二肽在低于pH低于3时容易沉淀并且在pH =6时立即溶解。凝胶的pH响应是完全可逆的。加热后，由凝胶剂形成的基质塌陷成沉淀物，水分子被排出。在冷却回室温的同时，收缩的凝胶再次膨胀形成凝胶，类似于Hamachi等人报道的水凝胶。

水凝胶最显着的特征是它们对特定生物配体 - 受体相互作用的反应。由于二肽以不同的亲和力与Van结合，因此当加入Van时，由它们形成的水凝胶显示出不同的反应。1号水凝胶对Van非常敏感;甚至向水凝胶中加入0.01当量（相对于1）的Van固体就会导致~40％的水从水凝胶中排出，将Van的量增加到0.1当量就会将水凝胶变成乳状悬浮液，并且对添加1当量的Van给出了明确的解决方案（图2，B-D）。3号水凝胶显示出与1号的水凝胶相似的敏感性。加入1当量的Van后，4号水凝胶变成悬浮液。即使加入1当量的Van，2号水凝胶几乎没有任何变化，这与L-Ala-L-Ala基本上不与Van结合的事实一致。由于2是1的对映体，该结果也代表了配体破坏其受体水凝胶的第一个实例仅仅是基于立体化学。

图2：（A）1号水凝胶（[1]= 3.6mM 在水中）。
通过向水凝胶中加入（B）0.01，（C）0.1和（D）1.0当量的Van固体诱导1的水凝胶的相变。

图3：（A）1，（B）2和（C）3的水凝胶中的纳米纤维的Cryo-SEM图像，

在加入1当量的Van固体到1号水凝胶（D），2号水凝胶（E，插图：箭头表示Van的沉淀物）和3号水凝胶（F）后，这些混合物的SEM图像。

为了阐明Van在水凝胶中的分布，我们在加入Van之前和之后进行了水凝胶的形态学研究。如图3所示，扫描电子显微照片（SEM）表明二肽的纳米纤维（约50nm宽）构成相应水凝胶的基质，这与水凝胶的透射电子显微照片（TEM）一致。由3形成的纳米纤维的形态与由持久长度形成的1和2的纳米纤维的形态不同，这与它们的堆叠模式和手性一致。加入1当量的Van固体后，SEM图像显示2的水凝胶中的网络保持不受影响，而1和3号水凝胶中的基质被Van和1或3之间的配体 - 受体结合完全破坏。Van的聚集体在2的纳米纤维表面上的（几乎）均匀分布表明Van均匀溶解于2的水凝胶的水相中。这些结果与D-Ala-D-Ala与Van具有强配体 - 受体相互作用的事实一致，而L-Ala-L-Ala没有明显的结合。在CD和发射光谱的基础上，我们建议以下似乎合理的响应机制：Van通过4-5个氢键与D-Ala-D-Ala结合（图4），Van上的联苯部分阻断芴基之间的pi;-pi;相互作用，从而防止凝胶化所需的超分子聚合物的形成。此外，一当量的替考拉宁固体（Van的类似物）将1,3或4的水凝胶转化为悬浮液，但对2或5的水凝胶没有影响，这进一步支持了所提出的机理。总之，我们已经展示了一种基于二肽的新型小分子水凝胶剂，其水凝胶响应配体 - 受体相互作用并表现出手性识别。大量的配体 - 受体对应该为超分子水凝胶的设计提供许多有用的候选物，这种水凝胶对特定的水凝胶互动有响应。

图4：诱导凝胶 - 溶胶相变的可能的配体 - 受体相互作用。

确认： 这项工作得到了RGC（香港），HIA（香港科技大学）和杜邦青年教师资助的部分支持。

可获得的支持信息：合成的详细信息，凝胶对pH和热刺激的响应以及额外的电子显微照片（PDF）。 这些资料可通过互联网免费获得，网址为http://pub.acs.org。

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