疫情之下，科研攻关不止步、不断线。自3月9日学校实行疫情防控动态管控以来，材料科学与工程学院杜建忠教授团队及时调整了科研工作方式，通过定期的“云组会”和不定期的个性化指导，持续稳步有序推进科研工作。

5月25日晚，同济大学材料科学与工程学院杜建忠/朱云卿/范震教授团队一篇题为“π–π Interlocking Effect for Designing Biodegradable Nanorods with Controlled Lateral Surface Curvature”的论文，以封面论文（Front Cover）发表于美国化学会著名学术期刊《材料化学》（Chemistry of Materials）。近日，团队在多肽自组装的形貌调控、机理解析及肿瘤新型疗法方面取得了系列重要研究进展，这是自今年4月1日以来团队重要研究成果第3次以封面论文发表于美国化学会期刊。

生活中，人们在编织毛衣的时候，用的是两头尖的“棒针”，而在树立旗帜的时候，用的是两头钝的“棒杆”。同样，在微观世界里，纳米材料的结构与性能也息息相关。虽然在生活中不乏“磨杆成针”的例子，然而在纳米尺度下，如何实现“磨杆成针、变针为杆”，则是一个有趣但长期悬而未决的难题。针对这一问题，杜建忠/朱云卿/范震教授团队提出了一种高效调控分子链之间相互作用的π–π互锁效应（π–π Interlocking Effect），在纳米尺度实现了“磨杆成针、变针为杆”，进而为构建具有不同结构和功能的可生物降解纳米棒提供了新概念。

π–π互锁效应基本原理如图1A所示：聚多肽PBLG首先形成稳定的头尾相接HTT（head-to-tail）结构，然后诱导其以反向平行堆积的方式聚集，而HTT链之间的相互作用则通过PBLG分子的端基进行调控。譬如，四苯乙烯α-端基之间形成的π–π相互作用如同一把“分子内锁”，可牢牢锁住组装过程中HTT链的刚性，使其不易弯曲，从而形成具有笔直外侧面的纳米“棒杆”。团队将这种HTT链间的π–π相互作用称为π–π互锁效应。理论上，根据该效应，通过设计不同的端基就可以调控HTT链间的π–π相互作用，进而实现“磨杆成针、变针为杆”。

图1. （A）纳米棒自组装机理示意图；（B）通过π–π互锁效应实现纳米棒的形状从“棒针”到“棒杆”的调控

为了验证该理论，团队设计了三种具有不同α-端基的PBLG以提供不同程度的π–π互锁效应，并研究了组装体的形貌。结果表明，随着α-端基的苯环数目递增，π–π互锁效应也相应增强，纳米棒的结构也经历了从“棒针”到“棒杆”的渐变（图1B）。此外，为了进一步验证该π–π互锁效应的普适性，团队还研究了在不同组装温度（T_SA）下，具有不同α-端基PBLG分子的自组装规律（图2）。

图2. 不同α-端基的PBLG在不同组装温度下形成的棒的形貌

以上结果表明，可通过PBLG端基类型和自组装温度来控制HTT链之间的π–π互锁效应的大小，进而控制纳米棒的结构。该π-π互锁效应还有望拓展到其他领域。

材料科学与工程学院高分子材料系2020届博士江金辉（现为香港中文大学（深圳）博士后）与2019届博士孙辉（现为宁夏大学副教授）为论文的共同第一作者，杜建忠教授、朱云卿研究员以及范震研究员为共同通讯作者。该研究得到了国家杰出青年科学基金等资助。

论文链接：https://doi.org/10.1021/acs.chemmater.2c00116

相关链接：https://mp.weixin.qq.com/s/PjMyIfdmLiHsxCgRs3i_xg