李峻柏（中科院化学所研究员）

　　李峻柏的个人简介

　　李峻柏，男，1964年12月生于内蒙古，中科院化学所研究员、博士生导师。中科院胶体、界面与化学热力学重点实验室主任，山东大学胶体与界面化学教育部重点实验室学术委员会委员。

　　李峻柏的研究领域

　　1. 仿生膜与仿生微胶囊的组装

　　2. 酶对生物膜的界面识别与催化水解

　　3. 纳米结构与功能材料：纳米管，纳米棒，纳米晶体

　　4. 生物界面化的分子阵列

　　主要研究领域为界面结构控制下有序膜组装和纳米材料的制备。研究酶对生物膜的分子识别与水解反应机理;组装应用于生物体系的纳米管和用于分子印刷的二维纳米阵列;构造结构型的介孔至微孔材料和二维晶体;进行微米与纳米粒子的表面修饰与大面积组装;制备用于药物缓释的仿生膜微米与纳米胶囊。

　　李峻柏的研究成果

　　仿生体系的分子组装

　　仿生学是研究生物系统的结构、特质、功能、能量转换、信息控制等各种优异的特征，是人类在揭示生

　　物体奥秘的同时，从自然进化的规律中获得启示，为科学和技术的发展创造新的原理、思路、技术和方法。仿生体系的分子组装就是在分子水平或者说纳米尺度上，采用化学和物理的方法，将分子生物学与纳米工程相结合，模仿生物体特定的组成、结构、状态和功能，设计和构造新型的具有生物功能的体系、材料或器件。

　　1)层层组装技术制备仿生微胶囊

　　利用层层组装技术，以生物膜的主要组成部分蛋白质和磷脂为组装单元，制备了具有良好生物兼容性的仿生微胶囊，胶囊能很好地作为药物(如布洛芬)的载体, 并能明显地延缓药物的释放。

　　2)胶囊用作光动力治疗载体

　　光动力治疗(Photodynamic Therapy)是一种肿瘤治疗的新技术，其原理是光敏药物在光照条件下产生单线态氧，从而达到杀死肿瘤细胞或降低其活性的目的。光动力治疗具有创伤小、毒性低、选择性和适用性高等诸多优点，现在已被列为手术、放疗和化疗并列的手术治疗方法之一。

　　采用具有生物相容性和生物降解性的大分子为组装单元，制备了壳聚糖/海藻酸钠复合微胶囊。实验证明带有载有光敏药物竹红菌素的胶囊能够通过内吞作用进入到肿瘤细胞内部，而在光照的条件下能够极大的降低细胞的活性，而在没有光照的条件下具有很低的细胞毒性，具有良好的选择性，为光动力治疗肿瘤提供了一个新的载体选择。

　　3)生物分子马达在胶囊的组装及ATP酶的生物合成

　　将ATP合酶成功组装到磷脂修饰的聚合物微胶囊上，组装后的ATP酶保留了其生物催化功能，然后通过改变体系的pH值提供跨膜质子动力势，实现了ATP的生物合成。在上述工作的基础上，借助共价键作用利用层层组装技术制备了中空血红蛋白微胶囊，然后在蛋白微胶囊上组装了含ATP合酶的脂质体，从而将分子马达组装到血红蛋白微胶囊表面。利用葡萄糖氧化酶对葡萄糖氧化水解产生的质子H+，形成了跨膜质子流，为ATP合酶合成ATP提供质子动力势(质子泵)。并且合成的ATP能存储在中空蛋白胶囊内部，使胶囊成为ATP的载体。该研究工作所建立的新的活性分子仿生体系，有助于进一步研究ATP酶在生物体系中的功能以及构造新的纳米生物器件。

　　肽纳米结构化材料的制备与应用研究

　　生命体系中诸多基本结构单元在特定的环境下，能自发地进行自组装，形成各种各样的纳米结构。自组装是构建新型的超分子结构的一个强有力的手段，它是通过分子间的弱作用力来实现的，例如氢键作用、静电作用、疏水作用和范德华力等。包括蛋白质和肽在内的各种生物分子能够发生自组装，进而形成具有确定结构的纳米生物材料。通过观察自然界中超分子结构的自组装过程，可以设计和合成新型的自组装材料。目前，人们已经发现和发展了大量的肽基自组装结构基元，例如类表面活性剂型、两亲型、环型、树枝型和芳香型的肽基自组装体系，并且已经被广泛应用在了细胞三维培养、组织修复的骨架、生物工程界面和跨膜离子通道等方面，另外，这类自组装材料在药物、蛋白和基因的传输方面有很好的应用前景。

　　阳离子二肽在中性条件下可以自组装成纳米管，通过改变自组装体系的浓度，纳米管能进一步转化为囊泡，利用此转变过程可将寡核苷酸(ss-DNA)通过细胞的吞噬作用携入细胞内，从而实现外缘物质的胞内输送。该研究工作为肽基生物材料在药物传输方面的应用提供了实验基础。

　　研究过程中，发现在肽纳米管和囊泡之间的结构转变是一个可逆过程。通过浓缩含有囊泡的水溶液，囊泡可以再组装成为纳米管，表明二肽的浓度控制了其在水中的自组装结构。由此构建了一个理论模型，证实了肽基的管状结构与球形结构之间的转变。

　　功能化纳米管

　　1991年首次发现和提出碳纳米管以来，纳米管这种新型材料就引起了物理、化学和材料科学界的广泛关

　　注。纳米管具有许多潜在的应用，如复合材料，彩色平板显示器，传感器，及氢气和离子电池等领域。在很长时间内，碳是制造纳米管的唯一原料，而纳米管也经常被等同于碳纳米管。随着研究的不断深入，科学家们利用不同材质和方法制备出各种各样的纳米管，如单组分聚合物纳米管、无机材料纳米管、金属纳米管等。同时人们也认识到，只有管壁的化学和物理性质能在较大的范围内调节，纳米管才能在真正意义上得以应用。

　　李峻柏等人将制备纳米管的主要方法自组装和模板法结合起来，发展了新的压力膜模板法(Pressure-filter-template Method)，成功地使用层层组装技术，在阳极氧化铝模板内构筑了聚电解质聚烯丙氯化铵/聚苯乙烯磺酸钠 (PAH/PSS) 聚电解质纳米管。并发现该纳米管具有良好的柔韧性。基于聚电解质类化合物优异的柔韧性能，聚电解质复合纳米管的成功制备，将使其在具有强力学性质的光电器件设计方面有重要的应用前景，并为聚合物复合纳米材料的制备提供了新思路。继而将层层组装的对象从利用静电吸引带相反电荷的聚电解质扩展到利用氢键、共价键、配位键等相互作用的其它材料，制备了高分子与酶、蛋白质、生物大分子等的复合纳米管。如生物相容性和可生物降解的壳聚糖/海藻酸复合纳米管。这种纳米管可以很容易的被肿瘤细胞所吞噬，并表现出较低的细胞毒性。这些性质都使这种纳米管作为药物/基因载体具有重要的应用价值。

　　酶对界面膜识别与催化水解反应

　　生物分子的有序排列与自组装构成了生物膜的基本结构单元，在生物细胞内被磷脂酶降解或过氧化反应所造成的膜结构损伤需要进行及时修复与更新，从而完成细胞膜的代谢。在这个循环中生物组份的催化降解起到关键性的作用，通过这种方式排除了许多毒性极大的不饱和脂肪酸分子，保护生物膜的完整性，使生命力不受到损伤。

　　李峻柏等人将布儒斯特角显微镜(BAM)和膜天平相结合，借助气/液界面上磷脂单分子膜的有序组装，国际上首次实现了直接跟踪观察膜的不同相态对酶活性的影响，记录酶对膜定向识别与催化水解的形态学及动力学变化的全过程，并在分子水平上确定酶的界面识别与水解反应对有序组装的分子膜结构的影响。