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Angew. Chem. :精准高分子-从测序到生物学应用

具有精准链长、序列和末端功能基团的高分子代表了聚合物领域的尖端技术,精准聚合物(SDP)的开发也被称为高分子科学中的“圣杯”。对SDP序列的绝对控制允许自下而上设计具有分层微结构和特定功能的聚合物。随着合成技术向精准化方向发展,解码SDP序列并构建其他合成材料不可替代的高级功能显得尤为重要。


近日,中国科学技术大学刘世勇教授和苏州大学张正彪教授合作,综述了SDP测序技术的最新进展以及其在前沿生物学研究中的新应用。对测序技术的讨论从经典生物大分子(蛋白质和DNA)的测序出发,扩展到SDP的测序,主要包含串联质谱法,化学辅助的一级质谱法,混合物测序以及核磁波谱法,圆二色谱和纳米孔测序等非破坏性的测序方法。此外进一步强调了SDP的前沿生物学应用,特别是在尚未广泛探索的新兴领域。该部分讨论的主题包含SDP用于生物学示踪、基因递送、SDP与核酸结合的杂化材料的构建与利用、蛋白质的识别与调控以及手性对生物学功能的影响。



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此外,文中还对SDP的未来发展方向进行了展望。对于测序来说,进一步扩展弱键库是至关重要的,这些弱键可以方便地合并到SDPs中,用于直接序列解码。除了化学辅助的测序外,利用热分解,超声,高能射线(如γ射线)等诱导SDP断裂也能辅助开发新的测序方法。通过聚合物主链的合理设计,其他非破坏性的测序手段如紫外或者荧光也受到越来越多的关注。同时,对具有相同摩尔质量但序列不同的SDP混合物进行测序既具有挑战性又具有吸引力。由于SDP混合物的数量和比例可以有意地调整,因此可以得到大量不同的一级质谱和串联质谱模式,以提高数据存储和信息加密的安全性。此外,对合理设计的精确聚烯烃模型分子的质谱测序可能会为长期争论的微生物或蠕虫是否可以生物降解聚烯烃,如聚乙烯和聚丙烯提坚实的证据。长期以来,由于缺乏可靠的表征技术和精确的分子模型,这一争论一直没有得到解决,这一问题的澄清可能为白色污染的全球问题提供一个新的视角。


SDP的应用是推动SDP发展的落脚点。特别是,SDP与生物学研究的结合具有广泛的应用前景。通过对精准两亲分子的合理定制和精确调控,可定制特定形态或独特表面的纳米结构,从而实现特定的生物应用,包括器官靶向、延长血液循环时间和增强肿瘤富集等。考虑到聚乙二醇(PEG)化策略在纳米医学中的广泛应用,基于PEG的亲水SDP可以作为研究分子量和分子量分布对生物功能影响的理想分子模型,特别是与抗PEG抗体相关的分子模型。除了生物用途之外,SDP还显示出其有前景的应用,包括但不限于分子水平识别、催化、标签/跟踪、信息存储/传输/加密,用于结构/性质研究的精美模型,和半导体中超小纳米结构的构筑(< 5纳米)。

文信息

Precision Sequence-Defined Polymers: From Sequencing to Biological Functions

Dr. Qiangqiang Shi, Prof. Dr. Zhengbiao Zhang, Prof. Dr. Shiyong Liu


Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202313370


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