多肽分子可以自组装形成具有特定结构的超分子组装体,在生物医学、材料学和组织工程学等领域有着广阔的应用前景。超分子组装体的形成是多种非共价键作用力协同作用的结果,其中π-π堆积作用是一种取向性的作用方式,在多肽自组装过程中有着重要的作用。本论文从课题组前期研究过的功能肽分子Nap-FFGPLGLARK-NH₂入手,通过改变保护基团的芳环类型,简化分子序列,改变组装基元的氨基酸种类,改变溶液的pH、离子强度以及对尼罗红染料的负载实验等手段,综合考察了芳香基团对多肽自组装的影响。首先,在前期研究的功能肽分子的基础上设计了X-FFGPLGLARK-NH₂（X=Fmoc、Nap、Ac）多肽系列分子,考察了不同保护基团对多肽自组装行为的影响。结果显示,芳香结构的保护基团可以显著增强多肽形成纤维的能力,Fmoc-FFGPLGLARK-NH₂分子可以在很低的浓度下聚集组装成密集的纤维状形貌,并且可以负载更多的尼罗红染料分子,而Nap-FFGPLGLARK-NH₂和Ac-FFGPLGLARK-NH₂只有在高浓度下才能完成自组装并且对尼罗红的负载量较低。同时发现,增大溶液的pH,纤维因表面的电荷逐渐被屏蔽而倾向聚集,此时大量的芳环分布在纤维表面,π电子逐步堆积,π-π作用力的特定取向性使得纤维在聚集排列的方向上受到限制,只能沿着相邻的纤维排列,从而形成纤维束状形貌。其次,为了排除其它类型氨基酸因素的干扰,我们对多肽序列进行了简化,设计了X-FFGK-NH₂（X=Fmoc、Nap、Ac）等短肽分子。自组装结果表明,Fmoc-FFGK-NH₂由于含有较多的芳香基团,在相同条件下,分子形成聚集体的能力更强,并且其负载尼罗红的程度更大,而Nap-FFGK-NH₂和Ac-FFGK-NH₂含有较少的芳香基团,只有在较高浓度下才能进行自组装并且对尼罗红的负载量也较低。增大pH以及加入NaCl电解质都可以屏蔽分子的表面电荷,降低静电斥力,而此时芳环的π-π堆积对自组装起到决定性作用,这种作用力具有特定的取向堆积性,使得纤维的轴向延长方向受到限制,只能沿着特定的方向生长,因而分子自组装为超螺旋结构的纤维。研究还发现,这种超螺旋组装体结构比较稳定,不会随着电荷的改变而发生变化。进一步,为了研究在氨基酸不同的疏水侧链时芳香基团对多肽自组装的影响,我们保持芳香保护基不变,通过改变疏水氨基酸的种类,设计了Fmoc-XXGK-NH₂（X=Cha、F、I、G）等短肽,考察多肽分子在不同疏水侧链时的自组装行为。自组装结果表明,Fmoc-ChaCha-GK-NH₂分子由于侧链具有刚性的环己环结构而存在位阻效应,这就使得组装体容易产生较大的扭矩,而Cha分子的强疏水性还容易使组装体产生更多的内腔结构,在π-π堆积作用、疏水作用以及静电作用的协同驱动下最终形成超螺旋的结构。相对而言,Fmoc-FFGK-NH₂侧链基团的疏水性较弱且没有刚性的环己环,因此形成的是扭曲的纤维状结构。而Fmoc-IIGK-NH₂组装基元的侧链为烷基链,与Fmoc-GGGK-NH₂相似,组装体只是由初级原纤维聚集,最终形成较为光滑的纤维结构。通过尼罗红的负载程度实验发现,Fmoc-XXGK-NH₂的X由Cha依次变为F、I、G时,多肽对尼罗红的负载量逐渐降低,这也说明其组装能力逐渐减弱。同时发现,与Fmoc-FFGK-NH₂和Fmoc-GGGK-NH₂相比,Fmoc-ChaCha-GK-NH₂负载尼罗红后,加入β-环糊精可以与多肽分子侧链疏水的环己环相互作用,破坏了组装体的结构,进而促进尼罗红分子的释放。