在中，北京大學化學與分子工程學院呂華教授團隊最近在《國家科學評論》發表了一項重要發現——在研究脯氨酸N-羧酸内酸酐（ProNCA）開環聚合（ring-opening polymerization，ROP）的過程中，與傳統的幹燥箱環境相比，研究小組發現了其在水溶液中的超快可控聚合反應過程。
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ProNCA單體易水解，且水解産物多聚脯氨酸（PLP）在有機溶劑中的溶解度很低。由于這種困境，脯氨酸N-羧酸内酸酐的開環聚合反應往往需要在幹燥的有機溶劑中進行長達一周的時間，且對生成物的分子量和分散性幾乎無法控制。而此項新方法解決了這個難題，隻需用水-乙腈混合溶劑取代無水有機溶劑，聚合反應便可在短短的30秒内完成，并得到聚合度為20的低聚脯氨酸，或者在5分鐘内得到聚合度為200的低聚脯氨酸。
反應示意圖 | 參考文獻[1]
由于該反應聚合速率極快，遠遠超過單體水解等副反應的速率，是以，ROP具有很高的可控性，表現出高基團保真度、鍊生長動力學模式、可預測分子量、分散性小、引發劑适用範圍廣等方面。機械力學實驗和密度泛函理論（DFT）計算表明，水分子在聚合過程中扮演着質子載體的角色，有助于速率控制步驟中的質子轉移，進而降低了高達7.1kcal/mol的反應能壘，大大加速了聚合反應過程。
水分子在聚合過程中扮演着質子載體的角色 | Flickr, Allan Foster / CC BY-NC-ND 2.0（https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/2.0/）
由于反應條件溫和，操作簡單，易于純化，研究人員還使用抗癌藥物天冬酰胺酶作為引發劑，合成了天冬酰胺酶-多聚脯氨酸偶聯物。研究人員發現，與天然藥物蛋白相比，天冬酰胺酶-多聚脯氨酸偶聯物能顯著延長天冬酰胺酶的血液循環時間，能提高體内抗惡性良性腫瘤效果，并降低免疫原性。
接下來，呂教授将于繼續與北京大學惡性良性腫瘤醫院宋玉琴教授團隊合作，做更深入的臨床前研究，并努力造福于急性淋巴性白血病和NK/T細胞淋巴瘤患者。此外，呂教授還認為，多聚脯氨酸本身在食品工業、化妝品和許多其他材料應用中也有廣泛的潛在用途。
參考文獻
[1] Yali Hu, Zi-You Tian, Wei Xiong, Dedao Wang, Ruichi Zhao, Yan Xie, Yu-Qin Song, Jun Zhu, Hua Lu, Water-Assisted and Protein-Initiated Fast and Controlled Ring-Opening Polymerization of Proline N-Carboxyanhydride, National Science Review, 2022;, nwac033, https://doi.org/10.1093/nsr/nwac033
[2] https://phys.org/news/2022-04-unexpected-ultrafast-synthesis-collagen-like-synthetic.html
編譯：茵陳
編輯：四七
排版：尹甯流
題圖來源：Flickr
研究團隊
通訊作者呂華：畢業于北京大學化學與分子工程學院，後于美國伊利諾伊大學香槟分校材料系獲得博士學位。現任北京大學化學與分子工程學院教授，博士生導師、美國化學會期刊Biomacromolecules副主編。研究方向為高分子化學，研究興趣為高分子化學、可降解生物醫用高分子材料、生物偶聯和生物醫藥工程。
課題組網站https://www.chem.pku.edu.cn/luhua/
論文資訊
發表期刊《國家科學評論》National Science Review
釋出時間2022年02月24日
論文标題Water-Assisted and Protein-Initiated Fast and Controlled Ring-Opening Polymerization of Proline N-Carboxyanhydride（ DOI：10.1093/nsr/nwac033）