手性现象普遍存在于自然界中，几乎所有的生命分子都拥有相同的手性，这种惊人的手性一致性可以追溯到生命起源之初，关于这个问题一直众说纷纭，是目前公认的悬而未解的世界级科学难题。采用特殊催化剂可以实现外消旋单体的立体选择性聚合，然而在原始汤无催化剂的条件下，外消旋混合物的聚合通常会产生手性单元随机排列、立体选择性较差的无规链段。如何实现无催化剂条件下，外消旋单体聚合形成同手性高分子，对于解答手性起源问题具有重要的科学意义。

针对这个难题，吉林大学陈学思院士、孙静教授课题组借鉴天然蛋白质可自发形成高度有序多级手性超分子结构，率先提出了在超声辅助条件下，采用大分子引发剂mPEG-NH2引发ε-苄氧羰基-L/D-赖氨酸N-羧基内酸酐（ZLL-NCA/ZDL-NCA）单体在水相中开环聚合诱导自组装（ROPISA），在数分钟内高效制备了多级手性超螺旋结构，进一步诱导等摩尔外消旋单体实现立体选择性聚合，合成了具有较高立构规整度的聚肽高分子。该工作以题为“Fast Catalyst-Free Synthesis of Stereoselective Polypeptides via Hierarchical Chiral Assembly”的文章发表在Journal of the American Chemical Society 上。

图1. mPEG-NH2 引发ZLL-NCA、ZDL-NCA 水相ROPISA 的示意图

本工作中，首先在超声辅助下以mPEG-NH2 引发ZLL/ZDL-NCA 单体的开环聚合，得到了两嵌段共聚物PEG-b-PZLL/PZDL。与常规的NCA 开环聚合相比，超声辅助聚合具有更快的动力学和更高的单体转化率。通过对超分子结构形成过程的系统研究发现，PEG-b-PZLL/PZDL 的组装体首先形成较细的右手/左手螺旋结构，随聚合时间的增长，这些螺旋结构相互缠绕，最终形成超螺旋手性结构，而聚肽高分子的手性很大程度上决定了多级超螺旋结构的手性。目前的研究表明，只有在水相中才可以形成这种手性超螺旋结构。外消旋单体ZLL-NCA 和ZDL-NCA 的聚合得到的共聚物PEG113-b-PZDLLn 的TEM 结果显示，随着聚合的进行，聚合初期共存的左手和右手螺旋逐渐缠结形成交错的超螺旋结构。在不同的聚合时间得到的PEG113-b-PZDLL34 均具有较高的立构规整度，而这主要源于多级手性结构的超螺旋组装体的形成。

图2. 超螺旋结构随时间的结构演化

图3. 外消旋单体合成等规嵌段共聚物的微观结构及合成分析

本研究使得无催化剂环境下由等摩尔外消旋单体高效构建复杂同手性结构成为可能，有利于深入理解生命起源中同手性生物高分子的出现，同时为新型多级手性高分子材料的开发和制备奠定了坚实的基础。