北京化工大學軟物質科學與工程高精尖中心胡君教授課題組一直致力于天然產物功能材料及體系的構建，其核心是通過分子基元的設計與合成，利用各種非共價鍵力與分子組裝技術制備功能材料，揭示天然有機分子在超分子組裝和高分子材料中的普適規律，拓展其在生物醫藥和農用助劑中的應用。

近期，他們采用天然三萜(triterpenes)水凝膠原位自發還原重金屬離子的方法，構建了具有良好導電性、電化學活性、生物相容性和力學性能的雜化凝膠，并在一定程度上實現了重金屬離子污染的“變廢為寶”。他們通過對天然三萜化合物甘草次酸(glycyrrhetic acid, GA)進行簡單化學修飾，得到其單磷酸酯分子(MGP)，并在氫鍵和范德華力的驅動下形成超分子水凝膠。將該凝膠放置于含重金屬離子的水溶液中，水凝膠可以原位自發地將重金屬離子還原成相應的金屬納米顆粒，且納米顆粒很好的分散在凝膠的纖維網絡結構上，減少粒子團聚的同時，增強了雜化凝膠的力學性能(圖1)。

圖1  MGP水凝膠原位自發還原生成金納米顆粒的過程示意圖及凝膠透射電鏡圖

該雜化凝膠表現出優異的電化學活性和導電性，且其導電性隨水凝膠中水含量的降低逐漸升高(圖2a)。他們還研究了MGP水凝膠對不同重金屬離子的還原能力。依據重金屬離子的氧化還原電勢，MGP水凝膠可以不同程度地將Au³⁺、Pd²⁺、Cu²⁺、Ni²⁺、Fe²⁺、Zn²⁺等離子從模型廢水中萃取出來，并還原成相應的納米顆粒，吸附在凝膠纖維上，實現了由廢水離子到導電雜化材料的轉變(圖2b)。此外，在細胞培養實驗中該雜化凝膠表現出較低的細胞毒性，具有良好的生物相容性。

圖2  MGP雜化凝膠的導電性(a)及萃取率與氧化還原電勢關系圖(b)

相關成果發表在ACS Appl. Mater. Interfaces 2018, 10, 17352-17358 (DOI:10.1021/ acsami.8b03569)。

此外，胡君課題組與清華大學化學系巨勇教授課題組合作，在甘草次酸準聚輪烷的構筑與調控方面開展了相關工作。他們在前期β-環糊精(β-CD)與甘草次酸主客體作用的研究基礎上，開發了γ-環糊精(γ-CD)/甘草次酸主客體對，并基于以上兩種生物相容的主客體對，以甘草次酸聚氨酯作為客體主鏈高分子，分別與β-CD和γ-CD進行嵌套。由于GA與β-CD和γ-CD尺寸匹配程度不同，他們證明了β-CD可同時嵌套在GA骨架和聚乙二醇(PEG)鏈段上，而γ-CD只能選擇性地嵌套在GA骨架上，并闡明了相關嵌套機理。利用此差異，他們成功構建了兩種不同的具有精準可控超分子結構的“項鏈狀”準聚輪烷。該工作為構建生物相容的(準)聚輪烷結構及其結構的精準調控提供了新思路。

圖3  尺寸調控的“項鏈狀”甘草次酸聚氨酯準聚輪烷

相關成果發表在ACS Macro Lett. 2018, 7, 1131-1137 (DOI:10.1021/acsmacrolett.8b00560)

同時，胡君課題組還與中國農業大學應用化學系杜鳳沛教授課題組合作，利用天然三萜皂苷甘草酸(glycyrrhizic acid, GL)作為生物表面活性劑，通過其優良的自組裝行為，在油水界面和連續相中構建了穩定的三維網絡狀結構，制備了一種環境友好的農用皮克林乳液(Pickering emulsion)和乳液凝膠。結果表明，僅1 wt%的甘草酸就可以穩定80 wt%的農用油，在大幅度降低傳統表面活性劑用量的同時，還賦予了體系優良的耐酸堿性和觸變性，為解決當下農藥儲存運輸及農業環境污染問題提供了一種新方法。

圖4  天然三萜皂苷構建的農用Pickering乳液和乳液凝膠

相關成果發表在Chem. Eur. J. 2018, 24, 11703-11710 (DOI:10.1002/chem.201801619)。