葫蘆[n]脲(CB,n = 5-8、10和14)是在酸催化下由甘脲和甲醛縮合反應得到的一類大環主體化合物,其具有剛性分子結構,內部空腔疏水,上下邊緣具有羰基,因此可以鍵合多種無機和有機陽離子,并具有較強的鍵合親和勢,鍵合穩定常數甚至可以達到10的10次方以上。此外,較大尺寸的葫蘆脲也可以鍵合1或2個客體分子,從而獲得穩定的二元或三元主-客體包合物,這為制備多維納米結構提供了便利的途徑。
近年來,得益于葫蘆脲的理化性能,葫蘆脲在化學、生物學、醫學和材料科學中得到了廣泛應用。許多新的葫蘆脲衍生物被研究,這改善了母體葫蘆脲在水溶液中的分子識別和組裝行為。因而在水溶液中許多有趣的結構應運而生,包括低聚物和配位化合物、(準)輪烷、兩親化合物、交聯網絡以及超分子聚合物和有機框架等。這進一步拓展了葫蘆脲的研究范疇,尤其是在生物領域,從小分子檢測、蛋白可控修飾和聚集到核磁共振成像,基于葫蘆脲的分析方法和生物傳感技術已相繼建立起來,并被用于定性和定量分析多種生物活性分子。
葫蘆脲作為超分子化學和生物學的橋梁,得到了快速發展。與生命現象息息相關的生物大分子,包括多肽、核酸、蛋白質和多糖等,它們在維持生命系統的生理功能中扮演著至關重要的角色。利用可控的主-客體相互作用,實現大環主體、特別是葫蘆脲與生物大分子的協同組裝,再現復雜的生命過程和生物功能,準確分析分子間的結合模式,這能為構建新型生物功能材料、開發新的疾病方法提供的超分子策略。
闡述了葫蘆脲與氨基酸、多肽、核酸、蛋白等多種生物大分子的相互作用規律,并介紹了它們在生物傳感和檢測、生化反應的調控、以及對**癥、阿爾茨海默癥、糖尿病等重大疾病方面的應用前景。此外,還介紹了葫蘆脲促進的細胞器定位和生物成像方面的研究進展。本文中的實例介紹向人們展示了基于葫蘆脲的超分子-生物大分子組裝體從基礎研究到應用的未來前景。
綜上所述,近年來葫蘆脲作為一種功能大環化合物得到了長足的發展。從簡單包合物制備到多組分生物大分子組裝體構筑,不僅涌現出了大量迷人的化學拓撲結構,而且還帶來了許多重要的生物應用功能。隨著合成生物學和跨學科研究的蓬勃發展,相信基于葫蘆脲和生物大分子的超分子組裝體能夠進一步促進超分子化學、生命科學和相關學科的發展。
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