分子自组装是当前科学研究中的热点领域。多肽是一种极具吸引力的生物自组装分子,具有良好的生物相容性、易于化学修饰和组装特性优良等突出优势。可以通过氢键、疏水作用及π-π堆积作用等弱的非共价键作用力,组装形成纤维、管、带、胶束、囊泡等结构规整的纳米/微米级组装体,在纳米技术、功能材料制备、生物矿化、生物传感及组织工程等领域极具应用潜力。其中,两亲性多肽分子具有类似天然磷脂分子的两亲特性,有着更为丰富的分子结构设计、独特新颖的组装体结构以及特殊的生物学功能,是多肽自组装研究的热点领域。本文在大量前期研究工作的基础上,设计合成了一系列具有双子型结构的两亲性多肽分子,系统的研究了这些多肽分子的自组装行为及其在生物医学领域中的应用。论文第一章综述了近些年关于多肽自组装研究及其应用的进展,包括多肽的分子结构特征、组装行为和机理、组装体结构功能及其在纳米技术和生物医学领域中的应用,并总结展望了多肽组装研究发展的方向。分枝状纤维被发现广泛地存在于生物体内,具有重要的生物学功能。在第二章中,我们设计合成了一系列具有不同长度烷基链的GAPs分子,利用其进行自组装制备出分枝状纤维结构。在具有良好平衡的分子间疏水作用与氢键协同驱动下,(C10-C-03)2和(C12-C-03)2分子能够组装形成长的分枝状纤维。而疏水作用和氢键协同作用平衡的破坏,则导致(C14-C-03)2和(C16-C-03)2分子组装形成不具有任何分枝结构的短纤维。多肽被认为是生命早期原始条件下的一类重要的基础生命物质,因此由多肽分子组装形成的生物相关的微米级大囊泡对早期细胞生命的起源有着重要的意义。在第三章中,我们仿生设计合成了一系列尾部烷基链含有不同数目双键的GAPs分子,利用这些简单的多肽分子,制备出了不同形貌和尺寸的囊泡,其中包括由纳米囊泡逐级融合形成的微米级细胞状的大囊泡。这可能是与由顺式双键引起的GAPs分子在囊泡双分子层膜中排列紧密程度的变化有关。通过多肽自组装人工构建高度有序的生物纳米阵列对我们制备先进的功能材料和深入了解复杂的生物自组装机制有着重要的意义,但目前仍充满着困难和挑战。在第四章中,我们设计合成了一系列能够组装形成纤维的SAPs分子,分别为SAP-12、SAP-14、SAP-16和SAP-18,以及与之具有结构同源性的GAP-12、 GAP-14、GAP-16和GAP-18。发现GAPs对相应的SAPs分子的组装具有很好的调控作用,能够使组装体由纤细的长纤维转变为均一的、结构更加稳定的短棒状纤维。在此基础上,短棒状纤维在纤维间疏水作用力的驱动下自发的重新定向排列,并逐渐延长纤维长度。最终,延伸方向不同的平行排列的纤维相互交织,进而形成了复杂的、高度有序的“编织型”纤维阵列。我们还发现这种纤维阵列具有诱导生物矿化的功能。界面的性能对生命体的正常活动有着极为重要的作用,在界面上构建具有空间立体结构的多肽纳米阵列具有较高的理论和应用价值。在第五章中,我们基于上章合成的GAPs和SAPs分子,发展了一种构建界面纳米/微米阵列的简单温和方法。其中阵列中的组装体结构及其排列方式可以通过分子结构中的烷基链长度的变化及界面的亲疏水性的改变而快速方便的调控。