在中，北京大学化学与分子工程学院吕华教授团队最近在《国家科学评论》发表了一项重要发现——在研究脯氨酸N-羧酸内酸酐（ProNCA）开环聚合（ring-opening polymerization，ROP）的过程中，与传统的干燥箱环境相比，研究小组发现了其在水溶液中的超快可控聚合反应过程。
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ProNCA单体易水解，且水解产物多聚脯氨酸（PLP）在有机溶剂中的溶解度很低。由于这种困境，脯氨酸N-羧酸内酸酐的开环聚合反应往往需要在干燥的有机溶剂中进行长达一周的时间，且对生成物的分子量和分散性几乎无法控制。而此项新方法解决了这个难题，只需用水-乙腈混合溶剂取代无水有机溶剂，聚合反应便可在短短的30秒内完成，并得到聚合度为20的低聚脯氨酸，或者在5分钟内得到聚合度为200的低聚脯氨酸。
反应示意图 | 参考文献[1]
由于该反应聚合速率极快，远远超过单体水解等副反应的速率，因此，ROP具有很高的可控性，表现出高基团保真度、链生长动力学模式、可预测分子量、分散性小、引发剂适用范围广等方面。机械力学实验和密度泛函理论（DFT）计算表明，水分子在聚合过程中扮演着质子载体的角色，有助于速率控制步骤中的质子转移，从而降低了高达7.1kcal/mol的反应能垒，大大加速了聚合反应过程。
水分子在聚合过程中扮演着质子载体的角色 | Flickr, Allan Foster / CC BY-NC-ND 2.0（https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/2.0/）
由于反应条件温和，操作简单，易于纯化，研究人员还使用抗癌药物天冬酰胺酶作为引发剂，合成了天冬酰胺酶-多聚脯氨酸偶联物。研究人员发现，与天然药物蛋白相比，天冬酰胺酶-多聚脯氨酸偶联物能显著延长天冬酰胺酶的血液循环时间，能提高体内抗肿瘤效果，并降低免疫原性。
接下来，吕教授将于继续与北京大学肿瘤医院宋玉琴教授团队合作，做更深入的临床前研究，并努力造福于急性淋巴性白血病和NK/T细胞淋巴瘤患者。此外，吕教授还认为，多聚脯氨酸本身在食品工业、化妆品和许多其他材料应用中也有广泛的潜在用途。
参考文献
[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
编译：茵陈
编辑：四七
排版：尹宁流
题图来源：Flickr
研究团队
通讯作者吕华：毕业于北京大学化学与分子工程学院，后于美国伊利诺伊大学香槟分校材料系获得博士学位。现任北京大学化学与分子工程学院教授，博士生导师、美国化学会期刊Biomacromolecules副主编。研究方向为高分子化学，研究兴趣为高分子化学、可降解生物医用高分子材料、生物偶联和生物医药工程。
课题组网站https://www.chem.pku.edu.cn/luhua/
论文信息
发表期刊《国家科学评论》National Science Review
发布时间2022年02月24日
论文标题Water-Assisted and Protein-Initiated Fast and Controlled Ring-Opening Polymerization of Proline N-Carboxyanhydride（ DOI：10.1093/nsr/nwac033）