研究人员开发出高熵非共价环肽玻璃用于智能功能材料

中国科学院过程工程研究所(IPE)的研究人员开发出了一种可持续、可生物降解、可生物回收的材料：高熵非共价环肽(HECP)玻璃。这种创新玻璃具有增强的抗结晶性、改善的机械性能和增强的酶耐受性，为其在药物制剂和智能功能材料中的应用奠定了基础。

玻璃材料因其多功能特性(例如光学透明度和化学稳定性)长期以来一直是技术和文化进步不可或缺的一部分。然而，传统玻璃材料通常依赖于强离子键和共价键，这带来了与毒性、资源枯竭和环境持久性相关的挑战。为了应对这一问题，研究人员一直在努力开发优先考虑生物降解性、生物可回收性和可持续性的下一代玻璃材料。

IPE 的颜学海教授领导的研究团队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，一直是一个挑战。

环肽 (CP) 的特征是环状主链连接氨基和羧基末端，与线性肽相比，环肽具有多种生物活性、更高的稳定性和抗酶降解性。这使得环肽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途的平台。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，研究团队开发了一种基于 CP 实现稳定非共价玻璃的新方法。这种方法被称为高熵策略，涉及结合多种 CP 来创建有效抑制结晶的高熵环境。

CP 经历了熔融-淬火过程，在此过程中，它们被加热到熔点以上，然后迅速冷却以在过冷液态下保持无序构象，最终形成玻璃。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高的酶耐受性。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进行定制，使 HECP 玻璃成为药物输送系统的有希望的候选材料，因为控制释放是至关重要的。

此外，HECP 玻璃已经显示出结合其他功能部分(例如染料和纳米粒子)的潜力，有助于设计和开发多功能、可持续、非共价玻璃。

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

展望未来，需要进一步研究探索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，加入额外的功能组以增强其光电性能，以及探索避免使用有机溶剂或高温的替代合成方法。