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材料学院张亚刚教授团队在国际顶级期刊Chemical Society Reviews发表论文

文：张亚刚、刘艳霞图：张亚刚、刘艳霞来源：材料学院时间：2024-01-15 4354

　　近日，材料与能源学院张亚刚教授团队在国际顶级期刊Chemical Society Reviews上发表了题为“Multiple hydrogen bonding driven supramolecular architectures and their biomedical applications”的论文，论述了基于多重氢键相互作用的新型超分子材料设计与制备，并总结了其在生物医学应用方面的研究进展。电子科技大学博士后刘艳霞、新疆大学王璐璐副教授为共同第一作者，电子科技大学张亚刚教授、中国科学院上海有机化学研究所黎占亭研究员、浙江大学黄飞鹤教授为共同通讯作者。电子科技大学材料与能源学院为第一通讯单位。这是电子科技大学材料与能源学院首次以第一通讯单位在Chemical Society Reviews发表论文。

　　Chemical Society Reviews是英国皇家化学会出版的旗舰顶尖期刊，是世界化学化工以及材料学科领域公认的最具影响力和权威性的三大顶级学术期刊之一，发表高影响力、高权威性和高可读性的综述论文，有着非常高的学术影响力，发表的论文对相关领域发展具有重要的引领和指导作用。从1947年创办的前身Quarterly Review of the Chemical Society算起，Chemical Society Reviews在这70多年里发表了许多影响深远的综述论文，已经成长为化学科学领域最具影响力和认可度的期刊之一，同时在所有科技期刊中也长期稳居各种影响力指标排名前列。

　　超分子聚合物是高分子科学和超分子科学交叉与融合产生的新兴领域，超分子作用力具有动态可逆、刺激响应、强度可调等特点。超分子聚合物是基于分子间的非共价键（如π-π堆积、氢键、金属离子-配体配位等相互作用）作用而形成组装体，非共价键能约为共价键能的5-10%。从DNA的双螺旋结构到液态水分子的结合，这些弱相互作用在许多材料的组装中起着关键作用。各种作用力的协同、方向性和选择性决定了分子识别过程的有效性。超分子聚合物具有很高的识别能力，因此可以实现许多复杂且先进的功能。

　　氢键在超分子化学中具有“万能作用”的美称，因其具有稳定性、方向性、易变性和饱和性等特点，引起科学家们的普遍关注与浓厚研究兴趣。氢键可以表示为X-H···Y，X是氢键供体（D），Y是氢键受体（A），其键能为5-120 k J mol-1，氢键的数目对氢键的强度有显著影响。单个氢键的强度相对于共价键来说较小，但增加键合体系中氢键位点的数目，利用多重氢键的协同作用，能够提高氢键自组装体的稳定性。受遗传物质DNA双螺旋结构中碱基对上两重与三重氢键作用的启发，人们设计合成出二重氢键、三重氢键、四重氢键、六重氢键、八重氢键多种多重氢键体系。由于多重氢键构建模块具有互变异构性、组装复杂性、以及多功能性等特点，导致基于氢键的超分子材料体系设计充满挑战。

　　在自然界和日常生活中普遍存在黏附现象。氢键在提高超分子聚合物的宏观黏附行为、机械性能和寿命方面起着至关重要的作用，其动态缔合/解离可以在材料中实现能量耗散。基于氢键的超分子体系由于其方向性、可逆性和特异性，在纳米电子学、生物材料、涂料和粘合剂技术等领域具有广阔的应用前景。

　　论文论述了新兴氢键超分子体系的最新研究进展，重点剖析了基于氢键的超分子手性组装、刺激响应聚合物、互穿聚合物网络、氢键有机框架、超分子粘合剂、能量耗散剂；强调了纳米黏附的定量分析方法的重要性，将有助于更深入地理解超分子体系的结构-性质关系。论文着重讨论了氢键超分子在生物医用材料中的应用，包括针对肌强直性营养不良的药物设计、用于药物递送的分子组装、基于链置换策略的DNA检测技术、用于组织工程的黏附水凝胶和作为基因递送载体的自组装复合物。最后，展望了未来的机遇和挑战，为推动基于多重氢键超分子功能材料的设计提出了思路和方向。

　　张亚刚教授团队长期致力于基于分子识别与组装的新型功能材料设计，在国际上率先提出了将超分子多重氢键作为能量耗散单元，并发展了一种基于剪切拉伸试验测量单个多重氢键力学强度的方法，面向能源、环境和健康领域应用，研发了系列新型功能材料。