"我當時對他頗有些恨鐵不成鋼。但是，周業(yè)強具備科研人最重要的兩樣東西：態(tài)度和投入。他和我一樣都是大山里走出來的孩子，深知天道酬勤的道理。在他身上我看到了當年那個面對逆境不屈不撓、迎難而上的自己。知難而上，不是因為期盼短期利益，而是心里裝著更大的使命。"四川大學高分子科學與工程學院醫(yī)用高分子材料及人工器官系副主任教授表示。

圖|丁明明（來源：）

周業(yè)強，是課題組的一名博士研究生。近日，由周業(yè)強擔任第一作者、擔任通訊作者的論文，發(fā)表在Nature Communications上。

作為一名老師，生于陜西，學于四川，如今也執(zhí)教于四川。其本科、直博和博后均在該校完成。2013年，正式留校任教，并于2018年破格晉升教授。

"高分子"，是他身上最引目的標簽，也是該校的強項專業(yè)。

而此次論文，標志著一項高分子新成果的誕生。研究中，和周業(yè)強等通過簡易化學方法，設計并合成了一類新型脲基擬肽類化合物。

其表示："我們認為，這項工作對深入理解生物大分子的折疊和多層次組裝結構，具有重要的科學價值，并創(chuàng)造了極具應用潛力的新一代生物響應聚合物、以及非常規(guī)的發(fā)光脂肪族材料。"

此次成果不僅能給多功能藥物載體的設計提供新思路，還能提供一種具備生物降解和生物響應型仿蛋白能力的自體發(fā)光高分子材料。

此外，這些由天然氨基酸衍生物構建的假聚氨基酸，具有良好的生物相容性，結構也比較簡單，其也具備一定的臨床應用潛力，有望用于仿生、藥物遞送、生物傳感等領域。

評審專家也點贊稱："該工作報道了一種有趣的方法，借此來構筑具有非傳統(tǒng)發(fā)光特性的大分子擬肽，這一成果或代表學界在大分子擬肽學的制備和應用方面，又向前邁出了重要一步。"

團隊此次研發(fā)的聚合物，具有類似于多肽的有序二級構象，同時也具有聚集誘導發(fā)光特性的仿綠色熒光蛋白自體熒光。

在外加介質的作用下，聚合物組裝呈現(xiàn)出構象轉變、收縮現(xiàn)象、納米管到囊泡的變形、以及可逆的囊泡尺寸膨脹等特性，并伴隨著發(fā)光顏色的變化。

此外在生理環(huán)境下，納米粒子具有超高的穩(wěn)定性，在腫瘤細胞內具有超快響應性，從而能作為靈敏藥物控釋的"開-關"，以用于靶向藥物輸送和癌癥等重大疾病的治療。

（來源：Nature communications）

會發(fā)光的聚合物

據(jù)介紹，天然氨基酸衍生的聚合物，在藥物遞送和組織工程等領域，是一項理想材料。

其中，聚氨基酸因其良好的生物相容性、代謝產物無毒和有序的二級構象（如α螺旋和β折疊），而受到越來越多學者的關注。

除此之外，也可通過氨基酸延伸、多肽側鏈取代或主鏈修飾，來開發(fā)各種合成擬肽聚合物。其中，聚-β肽和聚類肽正是這類聚合物的典型代表。

與傳統(tǒng)多肽相比，這類擬肽具有高度可調的分子結構、溶解性良好、抗降解和低免疫原性等優(yōu)點。

然而，非天然部分的引入，可能會破壞其有序的高級結構，以及模擬蛋白質生物功能的能力。

目前，已有學者合成了兩親性多肽共聚物，它們的高級自組裝大多由構象介導，并且可以形成膠束、囊泡、管狀等結構。

氫鍵相互作用，在生物學中被認為是一種重要的作用力，它決定了蛋白質的高級結構和特異性功能?；诖?，已有研究通過控制側鏈氫鍵配體，來調節(jié)合成多肽的構象。

作為一種高分子材料，脲鍵具有一個氫鍵受體和兩個氫鍵供體，能形成分子間的單齒或雙齒氫鍵的相互作用，此前已被用于構筑寡聚脲折疊體。

而作為一類富含脲鍵的聚合物，聚脲已被廣泛應用于彈性體、涂料、粘合劑和生物材料。但是，具備有序二級結構和構象介導功能性的聚脲，此前則少有報道。

基于此，丁明明課題組設計并合成一系列由天然氨基酸衍生物構建的、能夠自發(fā)熒光的聚脲分子，其具備有序二級構象和聚集誘導發(fā)射等特性。

此外，通過構象介導多級自組裝，該聚合物可以形成囊泡或納米管，并表現(xiàn)出尺寸膨脹、收縮、變形和變色等行為。

同時，當聚合物作為藥物載體時，也顯示出超高穩(wěn)定性和超快響應性，能實現(xiàn)靈敏的藥物釋放開關。

近日，相關論文以《用于構象輔助變形、變色和細胞內藥物遞送的本征熒光聚脲》（Intrinsically fluorescent polyureas toward conformation-assisted metamorphosis,discoloration and intracellular drug delivery）為題發(fā)表在Nature Communications上。周業(yè)強擔任第一作者，擔任通訊作者。

圖|相關論文（Nature communications）

審稿人評價稱，該團隊描述了一種獨特的由脲鍵構建的假聚氨基酸。通過聚合物的自體熒光，可以實現(xiàn)細胞攝取的可視化；而通過聚合物和包載染料之間的熒光共振能量的轉移現(xiàn)象，則可用于藥物釋放的監(jiān)測。

針對聚合物的設計合成、組裝體形貌的表征、二級構象和熒光性質的分析，課題組均進行了動物實驗，以證明此次材料確實可作為開關可切換的納米載體，從而用于體內腫瘤治療。其還使用了大量分析方法，很好地支持了這一結論。

（來源：Nature communications）

當水母"遇見"高分子

早在幾年前，該團隊發(fā)展了一種方法：即利用氧化門控，實現(xiàn)聚氨基酸二級結構從β折疊到α螺旋的轉變，并通過構象有序轉變的方式，來驅動膠束到囊泡的轉變，借此也實現(xiàn)了聚合物囊泡膜通透性的調控。

基于此，其以天然氨基酸衍生物為單體，合成了一系列不同鏈段數(shù)的兩親性聚脲。

而在該研究中，他們先是研究了聚合物的自組裝行為。通過透射電鏡等表征手段，證實兩親性聚脲的自組裝，確能形成囊泡和納米管結構。其還發(fā)現(xiàn)，由于密集的氫鍵，粒徑會隨著鏈段數(shù)的增加而減小。

當加入三氟乙酸試劑之后，即可調控氫鍵的相互作用，實現(xiàn)囊泡的可逆"呼吸"。同時，囊泡的尺寸也能在5-30倍的范圍內實現(xiàn)可逆變化。

接下來，課題組開始研究有序高級結構和熒光特性。他們對自組裝體進行了圓二色譜測試，結果表明隨著疏水鏈段數(shù)的增加，構象會從無規(guī)卷曲轉變?yōu)檎郫B結構。

同時，當通過溶劑破壞聚合物的氫鍵時，即可破壞其構象，從而讓形貌從納米管轉變?yōu)槟遗荨?

緊接著，其又通過熒光光譜證明了如下規(guī)律：兩親性聚脲具有優(yōu)異的熒光性能和聚集誘導發(fā)光特性。

進一步地，他們發(fā)現(xiàn)熒光會對構象產生依賴性。當聚合物從無規(guī)則卷曲轉變到折疊結構，研究人員觀察到了熒光藍移和熒光發(fā)射增強。

為核對這一現(xiàn)象，該團隊通過三氟乙酸處理自組裝體，結果發(fā)現(xiàn)聚合物的熒光減弱了，并且發(fā)生了紅移。

而當去除三氟乙酸后，熒光和粒徑又會恢復，并能進行多次循環(huán)。這種構象介導的變形現(xiàn)象和變色現(xiàn)象，與水母在呼吸時隨著膨脹和收縮，所表現(xiàn)出的熒光轉變行為十分相似。

在自然界中，水母將純藍色發(fā)光蛋白素的能量轉移到綠色熒光蛋白，并產生綠色熒光。受此啟發(fā)，該團隊通過包載喹吖因鹽酸鹽，實現(xiàn)了聚合物從藍色熒光到綠色熒光的轉變。

最后，課題組探索了兩親性聚脲在生物醫(yī)學中的應用潛力。憑借固有的熒光，它能以無標記的方式，跟蹤自組裝體納米顆粒的細胞攝取以及細胞內藥物釋放過程。

他們還發(fā)現(xiàn)，當采用剛性折疊構象和納米管形態(tài)時，可以產生更好的入胞效果。由于兩親性納米載體具有超高響應性，故能在腫瘤細胞內快速釋放有效藥物，并可以將阿霉素有效遞送到細胞核中。

此外，鑒于兩親性聚脲具備快響應、高穩(wěn)定、快速入胞等特性，該團隊也進一步探索了其在體內的藥物遞送過程。結果表明，自組裝體具有良好的體內腫瘤抑制效果。

（來源：Nature communications）

"板凳要坐十年冷、文章不寫半句空"

對于擔任此次論文一作的周業(yè)強，表示："他的科研道路并非一帆風順，走了很多路，有不少是彎路，也吃了很多苦，我也看著他迎著風雨一步步走來。"

圖|周業(yè)強（來源：周業(yè)強）

對于跨專業(yè)的周業(yè)強來說，他沒有化學和高分子背景，科研幾乎是從零開始，起初表現(xiàn)得異常吃力，很難跟上實驗室的步調。

于是便有了開頭的"恨鐵不成鋼"。但好在周業(yè)強非常能吃苦，此次論文也是他成功轉專業(yè)的最好明證之一。

補充稱："這項工作已開展五六年之久，期間經(jīng)歷兩次實驗室重建、硬件條件缺乏、人員更替和工作交接等。同時，領域內的發(fā)展也是日新月異，同行的優(yōu)秀論文不斷發(fā)表，讓人很容易在研究過程中產生畏難和浮躁情緒。"

很幸運的是，課題組成員大多具有"板凳要坐十年冷、文章不寫半句空"的學術追求，能夠耐得住寂寞、不盲目追熱點、也不熱衷于短平快。而是勤懇、踏實地做好本職，最終一步步取得成績。

"很多學生都是在最后一年才迎來成果爆發(fā)。這不是偶然，而是幾年積累所促成的必然。我希望學生在畢業(yè)時都能獨當一面，成為所在領域的專家，為今后的職業(yè)生涯奠定良好基礎。"表示。

后續(xù)，和團隊打算設計合成一系列多功能聚脲衍生物，并將其制備成溶液、薄膜、多孔支架和凝膠等，以探索其在自修復、粘接、熒光探針和藥物遞送等領域的應用。

具體來說，聚脲可作為理想的熒光支架材料，但還需對其分子結構進行改進，從而賦予其更強的力學性能。

與此同時，作為大分子熒光探針，聚脲也可在分子結構中修飾靶向分子，從而提高其診斷疾病的特異性。

此外，通過修飾聚脲側鏈，可讓側鏈提供豐富的活性位點，從而與功能分子結合，賦予材料特殊的功能。

而其構象介導的熒光現(xiàn)象，在生物傳感、圓偏振發(fā)光、信息識別和防偽等領域具有重要的應用價值，但在日后仍需進一步研究和開發(fā)。

參考資料：

1.Zhou,Y.,Fan,F.,Zhao,J.,Wang,Z.,Wang,R.,Zheng,Y.,...&Ding,M.Intrinsically fluorescent polyureas toward conformation-assisted metamorphosis,discoloration and intracellular drug delivery.Nature communications 2022,13,4551