一、自组装多肽水凝胶材料

1989年麻省理工学院Shuguang Zhang等在研究酵母遗传学和结构蛋白学时，无意间发现了第1个自组装多肽 EAKA16-Ⅱ（AEAEAKAKAEAEAKAK）。 它由丙氨酸（alanine，A）、谷氨酸（glutamate，E）和赖氨酸（lysine，K）交替排列而成，通过天然自互补的离子相互作用形成了β-折叠的构型，并具有有序的纳米纤维结构。EAKA16-Ⅱ不仅在酸碱介质（pH 1～11）中结构稳定，还可以抵抗热处理、1%十二烷基磺酸钠、8mol/L尿素以及6mol/L盐酸胍。加入盐后，在培养皿中可见薄层膜状透明物质。自此之后，科研工作者们相继开发了多种自组装多肽，广泛应用于三维细胞培养、组织工程、再生医学以及传感设备等领域，部分已进入临床研究阶段。

自组装多肽是通过“自下而上”而非“自上而下”的方法获得，是原子与原子或分子与分子之间作用形成的一种新型的超分子。这种方法要求我们对每一个分子结构单元以及它们的性能和自组装性能有较深入的了解。

通常小分子的自组装是在疏水作用、π-π键、氢键或静电作用的驱动下完成的。氨基酸的化学成分，使其具备了自组装的潜能。当多肽片段具备了合适的氨基酸序列时就具备了自组装的能力。在水溶液中，多肽分子有不同的二级结构（β-折叠、β-发夹、α-螺旋和卷曲螺旋）；在合适的信号（pH、离子或剪切）刺激下，二级结构自组装成纳米纤维；纳米纤维在三维方向上增长形成了更粗更长的纤维，并进一步自组装形成纤维网络结构。多肽纤维的网络结构可以捕捉水分子，形成水凝胶。通过控制最初的氨基酸序列，多肽水凝胶的物理性能可以精确控制。可根据不同组织的特点和用途，灵活添加不同分子的功能片段，使之更具有组织特异性，有利于组织特异性干细胞分化微环境的构建。

多肽自组装的优点：

（1）多肽自组装材料具有纳米纤维和纳米空隙的结构，可以最大程度上模仿ECM结构，而冻干支架和化学交联水凝胶的纤维直径和空隙尺寸多是微米级。

（2）多肽自组装材料的组成是天然氨基酸，具备生物相容性、生物可降解性和无免疫原性的优点。

（3）容易功能化，可根据组织需要灵活添加功能片段，有利于构建组织特异性干细胞分化微环境。

（4）多肽易合成，多肽序列、可重复性以及多分散性都可以精确控制，合成过程自动化，不需要复杂的过程，如复杂化学反应、苛刻的反应条件、有毒/昂贵的催化剂/酶以及冗长的纯化过程。

（5）化学成分明确，更加安全。