聚氨基酸是一種以氨基酸為重複單元的通過肽鍵連接的高分子材料，可用于異相催化、組織工程、表面活性劑、藥物遞送和自組裝等領域。聚氨基酸具有天然的生物相容性與可降解性，有着廣泛的生物醫藥前景。氨基酸衍生的氮羧基内酸酐（NCA）單體的開環聚合被廣泛認為是制備公斤級（以上）及高分子量聚氨基酸的最為有效的方法之一，但NCA制備條件的嚴苛嚴重阻礙了聚氨基酸的規模化合成，也讓衆多學術小組對其敬而遠之。具體而言，NCA合成的難點包括：對空氣濕度敏感、反應條件劇烈、産生大量廢酸、官能團兼容性差；合成和提純都需無水溶劑，大部分操作都需要在手套箱或氮氣保護下進行，這導緻造價昂貴并帶來操作的極大不便。

beat365beat365呂華課題組緻力于NCA的開環聚合和基于氨基酸的生物醫用功能高分子材料的研究。近期，呂華課題組發現，大部分NCA自身對水具有一定的動力學穩定性；而NCA環化過程中産生的HCl——如果沒有及時并徹底地從反應中完全除去——是NCA對水敏感并導緻合成失敗的最大元兇。而之前所發展的一些縛酸劑比如蒎烯與HCl的反應速度太慢并且不徹底，因此隻在部分較為穩定的NCA中取得成功，在一些難度較大的單體合成中則收效甚微。在認識到這一分子機制後，呂華課題組使用廉價易得的環氧化合物作為超快縛酸劑，在反應體系中原位快速産生無水無酸的環境，成功以較高的産率制備了20餘種高純度NCA單體。該方法徹底擺脫了無水溶劑和手套箱，後處理結晶或者柱層析純化也可全程在普通溶劑和空氣環境中進行。密度泛函理論研究還表明環氧化合物具有加速反應的作用，使該方法無需加熱。新方法最大的優點在于兼容側基含羧基、羟基和巯基等活性側鍊的NCA，也能用于合成β氨基酸NCA，以及α羟基酸的OCA，大大拓寬了方法的适用範圍。作為初步應用探索，呂華課題組使用這些側基無保護的NCA單體一步即可制備一些重要的聚氨基酸比如聚α-谷氨酸或巯基修飾的超支化聚氨基酸。此外，該方法在實驗室可輕松放大至10g量級。

該工作近期在線發表于《自然.通訊》，beat365官方网站博士後田子由為論文第一作者，呂華研究員為論文通訊作者。此工作得到了國家自然科學基金委、北京分子科學國家研究中心、、李革趙甯生命科學青年研究基金和博士後創新人才支持計劃的支持。該方法的專利申請獲得了beat365專利轉化基金的支持。

原文鍊接：https://doi.org/10.1038/s41467-021-25689-y