多肽自组装近几年来吸引了科学家们的广泛关注。通过一些非共价相互作用,如氢键、疏水相互作用、静电作用以及p-p相互作用等,多肽分子可以聚集成许多有趣的纳米结构,如胶束、纳米管、纳米纤维、纳米带和纳米囊泡等。传统上这些多肽都是通过固相合成或者基因工程得到,但是这些方法也存在着制备成本较高,周期较长的缺陷。本论文以自然界来源广泛且价格低廉的家蚕(Bombyx mori)丝蛋白为原料,用胰凝乳蛋白酶对其降解,然后用高效液相色谱(HPLC)从降解产物中分离出纯度较高的多肽,提供了除固相合成和基因工程外第三种获得多肽的方法。然后对其中的一个八肽GAGAGAGY进行烷烃链的连接,以构筑两亲性多肽(peptide amphiphiles, PAs)。通过简单地调节电荷作用、疏水作用和氢键之间的平衡,以使PAs聚集成了不同形貌的组装体,并在组装的基础上进一步引导这些组装体发生更高层次的聚集,进而得到了具有等级结构的宏观的多肽材料。此外,我们还初步尝试了利用这种PAs原位合成金纳米颗粒(AuNPs),并调控这些合成颗粒的一维排列。我们首先用胰凝乳蛋白酶对水溶液中的丝蛋白进行降解,得到了来自非晶区的产量较高的一个八肽GAGAGAGY。通过在其N端偶联上十二烷烃链,我们构筑了PAs,并发现此PAs在水中具有pH依赖性的组装行为,即在碱性条件下会组装成柱状胶束纳米纤维(cylindrical nanofibers),而在酸性条件下则会形成扭曲的纳米条带(twisted ribbons)。结合透射电镜(TEM)、冷冻扫描电镜(Cryo-SEM)、原子力显微镜(AFM)、傅里叶转变红外(FTIR)以及圆二色(CD)等技术手段的观测,我们提出了两种组装模型：在碱性条件下,PAs的羧基会解离,此时分子的结构与阴离子表面活性剂类似,因此它具有形成胶束的趋势,同时由于多肽段会通过分子间氢键形成B-折叠(B-sheet),因此最终可以得到柱状胶束纳米纤维；而在酸性条件下,羧基被中和,分子会倾向于形成B-折叠片层,这些片层可以通过疏水作用发生堆叠,并且随着堆叠层数增加,片层之间会产生扭曲缠绕,最终形成了扭曲的纳米条带。鉴于C12-GAGAGAGY带了一个酪氨酸,因此我们利用此PAs在碱性条件下原位合成金纳米颗粒(AuNPs),并尝试对金颗粒的组装进行调控。实验中发现,得到的AuNPs在pH11条件下分散于柱状胶束纳米纤维形成的网络间,而pH4条件下则可以沿着C12-GAGAGAGY组装成的纳米条带两侧进行准一维排列,并且这种pH诱导的AuNPs分散与聚集和C12-GAGAGAGY的组装是同时发生的。结合TEM、FTIR以及紫外光谱等,我们推测在pH11下,部分羧基被解离的C12-GAGAGAGY吸附于金颗粒表面,从而使得金颗粒表面存在电荷排斥而无法聚集。由于C12-GAGAGAGY过量,因此也可以看到柱状胶束纤维。当溶液的pH降低时,羧基被中和,C12-GAGAGAGY会组装成纳米条带,同时吸附在金颗粒表面的C12-GAGAGAGY会参与这个过程,因此带动了颗粒的聚集。由于纳米条带上酪氨酸位于条带的两侧,因此最终我们可以观察到AuNPs沿条带两侧进行排列。根据上面这个实验结果,尤其是酸性条件下纳米条带会发生堆叠的这个现象,我们在第三部分工作中将多肽浓度从0.1wt%提高至1wt%,通过调节pH来调控这种堆叠,使得形成的纳米条带进一步发生更高等级的聚集,完成组装行为从纳米尺度到微米尺度的跨越,最终得到具有等级结构的材料。实验中发现,提高浓度至1wt%后,在pH11下分子组装成了柱状胶束纳米纤维,并且呈各向同性分布,但是降低pH至8时,部分分子组装成了纳米条带,并且这些条带平行聚集,在局部区域形成了各向异性的向列型织态结构。继续降低pH,由于平行聚集加剧导致溶液转变成凝胶,在凝胶中可以看到局部区域由于条带平行聚集而展现出双折射现象。更有意思的是,如果将pH8的溶液注射入盐酸溶液中,则可以得到凝胶纤维,在这种纤维内部可以看到几乎所有的纳米条带都是沿着纤维长轴进行排列。