手性结构在自然界中随处可见，大到宇宙星云，小到蜗牛、牵牛花藤都有其特定手性。长期以来，化学家们一直利用手性现象在不同尺度下构筑手性结构，并赋予其独特的生物、催化等性能。在分子层次，存在同时具有环和手性两个特征的结构，例如具有手性碳的环烷烃结构，其呈现出船型或椅型的构象特征；在拓扑学中，具有奇特性能的莫比乌斯环也是一种同时具有环和手性特征的结构。然而，目前所知，在纳米尺度，同时具有环和手性两个特征的多级结构尚未见报道。
近期，我校材料学院林嘉平教授团队在手性环状纳米结构的制备上取得了新发现。研究发现，聚(γ-苄基-L-谷氨酸酯)(PBLG)均聚物与聚(γ-苄基-L-谷氨酸酯)-嵌段-聚乙二醇(PBLG-b-PEG)嵌段共聚物二元体系在溶液中自组装形成尺寸均匀、手性可控的螺旋环状多级纳米结构。通过调控嵌段共聚物与均聚物的共混比例，发现环状结构是由均聚物组装形成的。进一步的研究表明，该手性环的形成是一个连续的两步自组装过程：首先聚肽均聚物自组装形成均匀的环状结构，然后嵌段共聚物在均聚物环上自组装形成具有手性螺旋的表面纳米结构。值得注意的是，PBLG-b-PEG/PBLG体系自组装形成的手性环表面的螺旋都是右旋手性的（图a）。使用具有相反手性聚肽嵌段的PBDG-b-PEG进行自组装，也可以得到手性环，但是表面螺纹都是左旋手性的（图b）；而如果将PBDG-b-PEG和PBLG-b-PEG两种嵌段共聚物与PBLG均聚物共混自组装则可以得到无手性的、具有算珠状表面的环状组装体（图c）。研究工作首次报道了在纳米尺度构筑具有手性的环状多级结构，进一步加深了对曲面受限自组装，以及曲面手性调控规律的认识，并为构筑各类复杂多级纳米结构提供参考。
该工作由材料学院博士生徐鹏飞、青年教师高梁在蔡春华教授和林嘉平教授的指导下完成，相关工作以“Helical Toroids Self-Assembled from a Binary System of Polypeptide Homopolymer and Its Block Copolymer”为题发表在Angew. Chem. Int. Ed. (DOI: 10.1002/anie.202004102)，并已入选Hot Paper。
文章链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202004102
