本论文以肽类小分子为研究对象,合成新型自组装二肽,构建手性自组装体系、设计“功能二肽-二肽”和“生物大分子-二肽”两类多组分共组装体系,并从界面物理、化学工程领域获取灵感,开发相应的新型组装调控策略,实现对二肽多级自组装从分子尺度到宏观尺度的精确调控,制备特定结构和功能的共组装材料,探索其在手性检测/识别、生物工程领域的应用。(1)设计新型自组装二肽:二茂铁-苯丙氨酸二肽(Fc-FF)。Fc-FF具有动力学控制的自组装行为,能够组装形成纳米球、纳米纤维、立方形纳米管等。Fc-FF二肽多级自组装形成的水凝胶具有多重刺激响应特性,其溶液-凝胶相变可通过氧化还原、pH、溶剂、温度等多种外界刺激,进行可逆调控。(2)构建基于Fc-FF二肽的手性自组装体系。在对离子诱导下,Fc-FF能够组装形成螺旋β-折叠片,并通过动力学控制组装形成多种形貌手性纳米材料。Fc-FF具有两种基本的手性组装方式:twistedβ-折叠片和helicalβ-折叠片。进一步,通过调节对离子、pH、温度、溶剂等,可精确调控螺旋组装体的直径、螺距、手性等。Fc-FF的手性自组装使得该分子能够作为探针对两端带有正电荷的手性化合物,如甲基哌嗪、手性二胺基化合物等进行有效的立体选择性识别及可视检测。(3)利用“咖啡环”效应中的界面毛细力,调控Fc-FF在界面组装形成纳米螺旋结构。进一步,通过改变温度,控制液滴中“marangoni”效应的强弱,调节液滴挥发过程中不同方向界面毛细力的平衡,实现对Fc-FF手性自组装的多级、定向调控,成功制备水平排列、或竖直“站立”的超分子纳米螺旋阵列。(4)构建Fc-FF与FF的共组装体系,利用“纤维润湿”现象中的界面毛细力,通过多步组装,调控FF与Fc-FF共组装,形成类似“蒲公英”的微米花结构。FF首先组装形成微米管作为“蒲公英”的花茎,随后Fc-FF在界面毛细力的作用下,在FF微米管阵列顶端组装形成发散状的纳米纤维作为“蒲公英”的头状花序。(5)构建壳聚糖与二肽的共组装体系,通过水相液-液界面,调控多糖、二肽共组装,制备具有不同结构、力学特性的糖/肽共组装材料,如多层水凝胶、薄膜、中空微囊等。多层凝胶具有液晶的光学特性和宏观尺度的层状结构;而薄膜、微囊则具有较高力学特性、选择透过性和pH响应特性等,是很好的缓控释材料。(6)从化学工程领域获取灵感,以水相液-液界面为模板,利用射流边界层理论调控二肽与聚合物多级共组装。通过控制聚合物溶液的射流强度,成功制备具有中空、或者实心结构的微米纤维。射流的卷吸效应,能够强化液-液界面处的混合与传质,因此可以用来快速制备二肽/聚合物微米纤维,强化其应用特性。