手性修正、不对称、环状和线性互变异构、以及层级组装是自然界的基本现象。这些都有可能影响生物体内小分子、蛋白质或其他超分子的生物学作用。自然界存在的这些基本现象，由于其复杂性，很难在人工系统中研究。

近日，西湖大学王怀民研究员课题组，发现自然界的这些基本现象可以“复制”到一个简单的环肽体系上，通过可逆的成环反应，控制其开环和闭环，并探究其相应的组装形貌变化。该研究对开发以环肽为基础的结构新颖、功能多样的生物材料具有重要意义。

由偶数个D,L 氨基酸交替排列的环肽可以自组装形成纳米管状结构， 在离子通道模拟、传感器、纳米医学和药物递送方面具有广泛的应用。传统D,L环肽由头尾通过酰胺键缩合制备，不具有可逆性，可以形成1D的纳米管或者2D的纳米片。然而，由疏水氨基酸构成的环肽组装的成纳米管在水中的溶解度较差，阻碍了环肽在水中的进一步应用。因此，设计两亲性的环肽，通过调控溶液的pH来动态调控环肽和线性肽之间的转变，可以实现具有强烈组装倾向的环肽且较好水溶解度的材料构建。

该工作中，由肽链N-端氨基和C-端醛基缩合形成亚胺，环化构象促进第二个氨基酸的酰胺N作为亲核基团攻击形成的亚胺，形成更加稳定的大环并小环结构。该环化反应在中性条件下，在水中加热即可发生，无需额外添加碱，选择性极高，有效地避免了分子间的反应。在分子层面上，4-咪唑烷酮小环的形成，打破了传统D,L环肽的平面结构，导致了左手螺旋结构的产生，进而促进环肽分子从1D到高级的纳米螺旋结构的自组装。

该工作对不依赖于有机溶剂，水溶液中形成环肽、自组装机理研究以及发展可控纳米材料提供了新的策略。