论文信息

研究背景

液-液相分离（LLPS）作为细胞内无膜细胞器形成的关键机制，近年来在合成生物学与材料科学领域引发了广泛关注。通过LLPS形成的肽基凝聚体，因其动态的类液态特性、良好的生物相容性及易功能化的特点，被视为构建人工细胞、智能微反应器及新型生物材料的理想平台。然而，当前肽凝聚体研究面临一个核心挑战：如何实现对凝聚体“组装-解组装”生命周期的远程、非侵入性且可逆的精准调控。传统方法多依赖于改变温度、pH或离子强度等全局条件，缺乏时空选择性，且往往不可逆。光作为一种外部刺激，具有优异的时空分辨率和非侵入性，是调控LLPS的理想工具。此前虽有研究将光开关（如偶氮苯、螺吡喃）共价连接于聚合物或DNA上以实现光控LLPS，但将其直接、可逆地应用于驱动肽分子从均相溶液发生LLPS，并同时实现pH协同调控，仍是一项未被攻克的难题。共价修饰不仅合成繁琐，且可能改变肽的本征性质，限制了系统的灵活性和通用性。

文章概述

近期，中国科学技术大学李闯教授团队提出了一种基于非共价超分子组装的光与pH双门控肽凝聚体调控策略，通过螺吡喃光开关与序列定制肽的物理混合，构建了具有可逆相变行为和可编程功能的动态智能体系。与依赖共价修饰或固定化学计量的传统光响应凝聚体不同，该模块化设计利用螺吡喃在光照射下发生的可逆电荷反转，动态调节其与带正电肽分子间的静电相互作用，从而驱动液-液相分离（LLPS）的发生，并通过热驰豫实现凝聚体的可逆解离（图1）。这一机制的核心在于，光致异构化使螺吡喃从两性离子MCH态转变为阴离子SP?态，显著增强与阳离子肽之间的静电吸引，辅以π-π堆积、氢键等弱相互作用，共同触发凝聚体形成；而pH则作为门控开关，通过调控肽和螺吡喃的质子化状态，在碱性条件下完全抑制相分离，实现“光触发-热驰豫”与“pH门控”的双重协同调控。该分层设计赋予凝聚体体系卓越的模块化和可编程性。通过系统改变螺吡喃取代基（如引入三甲基铵丙基）和肽序列（如将羧基替换为羟基或氢），可在宽广pH范围内精细调控光响应LLPS行为，建立分子结构与宏观相行为之间的构效关系。这种非共价“即混即用”策略避免了繁琐的共价合成，极大拓展了系统设计的灵活性和通用性。在功能应用层面，该动态凝聚体展现出双重潜力：其一，作为OR逻辑门控的微反应器，通过光或pH刺激触发凝聚体形成，将酶和底物局部富集于液滴内部，显著加速稀溶液中的级联反应动力学；其二，作为可回收的牺牲模板，结合紫外光引发聚合，实现纳米凝胶的可控合成，并通过温度诱导模板解离-再组装实现交联剂的闭环回收与重复使用，同时集成OR-AND级联逻辑门功能，为智能材料制造提供了新范式（图2）。该超分子工程策略不仅为肽凝聚体的可逆调控提供了通用平台，更通过将分子开关功能非共价整合入生物分子凝聚体，实现了传统共价体系难以企及的模块化、可回收性和多重响应性。所展示的材料体系在自适应微反应器、智能传感、药物递送及可持续软材料制造等领域展现出广阔应用前景。

图文导读

图1 螺吡喃实现光控肽凝聚体系的设计原理。

图2 使用可重复使用的SP/Pep凝聚体模板进行光/pH门控纳米凝胶合成。

期刊介绍

Angewandte Chemie是全球化学领域最具影响力的顶级期刊之一，由wiley出版，创刊于1887年，最新影响因子为16.9。