近期，南京大学化学化工学院马晶教授课题组与英国伯明翰大学Paula M. Mendes教授课题组合作，共同撰写了关于电场调控的功能表面的综述，以“Electrically Responsive Surfaces: Experimental and Theoretical Investigations”为题，发表于Acc. Chem. Res.，2016，DOI: 10.1021/acs.accounts.6b00132上 (http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.accounts.6b00132)。 近年来，刺激－响应型表面由于其优异的仿生特性及在生物医学领域的广泛应用，引起了人们极大的研究兴趣。研究者致力于开发在不同外界条件刺激下，能够发生特定性质改变的功能表面，驱动因素包括包括电场、温度、pH、浓度、光照以及磁场等。其中电场驱动型功能表面具有诸多优点，包括高时空可控性、快速响应性及“无创”性。在该综述中，Mendes教授课题组基于多年来的研究经验，总结了电场驱动的生物寡肽开关表面体系（图1a）的设计、制备、表征与应用。然而，目前的实验检测手段还无法有效地揭示这些智能表面的开关机理，而这正是理论计算的优势所在。马晶教授课题组自2005年起，将量子化学计算与分子动力学模拟相结合，理论设计了各类表面自组装分子膜，并模拟其电或光致开关过程。她们的研究表明传统的力场方法无法正确描述这类极易极化的寡肽链表面体系，而采用可极化力场的分子动力学模拟可以准确再现实验现象，从而直观地展示电场诱导的开关机制（图1b）。通过与反应力场方法相结合，这类基于可极化力场的模拟手段可望进一步地应用于光或pH诱导的多功能开关表面的研究。相关的理论研究综述主要由南京大学2013级博士毕业生王兴勇博士（现为澳大利亚卧龙岗大学的Vice-Chancellor’s Postdoctoral Research Fellow）执笔完成。
图1. a) 刺激－响应型表面的分子组成；b) 分子动力学模拟“快照”展示的电场诱导的开关过程。
具有电场调控的开关性质的表面可望应用于细胞通信、药物输运、生物造影、组织工程及生物传感器等研究领域，理论与实验研究的紧密结合将为“智能”表面研究带来更多的进展与突破。 该研究得到了国家自然科学基金和南京大学高性能计算中心的支持。 |
