分子自组装及超分子自组装体的研究进展

基于分子自组装的超分子科学是21世纪的新概念和高新技术的重要源头之一.简要介绍了超分子体系,阐述了分子自组装的基本概念和特点,系统地总结并评述了超分子自组装体的最新进展和成果,并展望了超分子自组装研究的发展前景.     

糖和氨基酸对聚乙二醇-b-聚-L-亮氨酸自组装行为的影响

用芘荧光探针技术和表面张力研究了共聚物胶束的形成及其临界胶束浓度(CMC);利用表面张力、原子力显微镜(AFM)和园二色光谱(CD)研究了葡萄糖和氨基酸对胶束的粒径分布、形态及聚乙二醇-b-聚L-亮氨酸溶液二级结构的影响.结果表明,在一定条件下聚合物可以形成稳定的球形胶束,在水溶液中嵌段共聚物主链主要以α-螺旋构象存在;葡萄糖和氨基酸对胶束的粒径分布、形态及聚合物溶液的二级结构不产生影响.     

聚乙二醇接枝改性壳聚糖自组装纳米胶束的研究

利用聚乙二醇单甲醚（mPEG）对壳聚糖进行接枝改性,制得具有两亲性的接枝改性壳聚糖（mPEG-g-CS）衍生物,并通过自组装制得mPEG-g-CS纳米胶束.研究结果表明,在甲醛的作用下,mPEG与壳聚糖的-NH2发生了接枝反应获得取代度为27.4％的mPEG-g-CS样品,所得的mPEG-g-CS样品的结晶性与热稳定性均比壳聚糖弱.通过芘荧光探针分析发现,当mPEG-g-CS的浓度达到临界胶束浓度（CMC,0.014 mg/mL）,mPEG-g-CS分子自聚集成纳米胶束,且随着其浓度的增大,其自组装纳米胶束的粒径及其分布呈指数增加.     

疏水缔合聚丙烯酰胺的自组装行为

使用荧光光谱和动态光散射方法研究了疏水缔合聚丙烯酰胺(HAPAM)和聚丙烯酰胺(PAM)在水溶液中的结构和自组装行为。实验表明:HAPAM通过疏水作用,极易缔合形成聚集体,具有很低浓度的临界缔合浓度。动态光散射实验跟踪了HAPAM聚集体从小到大的生长过程,从溶液的微观结构上找到了HAPAM与PAM性能差异的根本原因。     

基于氢键的超分子自组装研究进展

综述了氢键在寡聚酰胺体系、喹啉衍生物体系、吡啶酰胺体系、氨基苯甲酰胺体系、菲咯啉酰胺体系、芳香酰肼体系、吡嗪咪唑酰胺体系、尿基衍生物体系的自组装过程中所起的作用及氢键在分子自组装中的发展现状.氢键具有可逆性,基于氢键的超分子自组装体系具有组装的多样性和广泛性等特点,据此可以预测氢键对自组装体结构和性质的影响,为设计和合成出结构稳定、性能优异、可以自由调控的材料提供理论基础.     

图案化自组装有机单分子薄膜

目的图案化自组装有机单分子薄膜,开辟低成本、高效率制备有机单分子薄膜图案的新途径。方法采用光刻蚀的方法制备聚二甲基硅氧烷(PDMS)模子,通过模板诱导组装,将有机分子十六烷基硫醇(HDT)、1,10-癸二硫醇(DDT)和4-十二烷基硫醇邻苯二酚(MBD)选择性沉积在金表面。结果得到规则有序的有机单分子层图案。结论利用有机分子端基官能团功能化金表面,这种被功能化的金试样是形成纳米颗粒图案和制备有机分子器件的基础。     

树枝状聚L-丙交酯-dendron-聚乙二醇-dendron-聚L-丙交酯的自组装

运用1H-NMR和GPC对所合成的树枝状大分子聚L-丙交酯-dendron-聚乙二醇-den-dron-聚L-丙交酯进行表征,结果显示该聚合物具有预期的结构。在混合溶剂四氢呋喃/水中,聚合物通过自组装形成胶束。通过扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、动态光散射(DLS)对胶束冷冻干燥再分散前后的形貌和大小进行了表征。研究结果表明:胶束为具有空心结构的囊泡,构成胶束壁的聚合物排列形式可能为双层结构或单层交错结构;胶束冻干后,再分散性良好,性质不变。     

不同侧链聚肽热致液晶的合成及相变行为

分别合成了两种侧链不同的聚肽热致液晶,PDLG和AzoPDLG.两者的主链均为刚直棒状的介晶基元,但PDLG的侧链为柔软的长烷基链,AzoPDLG的侧链则含有刚性的偶氮苯介晶基元和长链的间隔基.利用1H NMR、示差扫描量热分析和偏光显微镜对这些化合物的性质进行了分析与表征,并探讨了不同化学结构的侧链对热致液晶相变行为...     

基于分子荧光光谱法的超分子水凝胶自组装过程监测

为了研究超分子水凝胶的自组装过程,利用分子荧光光谱法对谷胱甘肽-银离子(GS-Ag(I))水凝胶的自组装过程进行了监测。研究结果显示:GS-Ag(I)作为凝胶因子,其浓度从0上升到0. 008 mol/L的过程中,水凝胶的荧光激发波长从350 nm位移到370 nm,激发波长变化的数据显示水凝胶形态变化的关键浓度是0. 005 mol/L,流变性能数据和荧光显微镜照片也证明了此结论;当凝胶因子到达0. 005 mol/L时,水凝胶内部已经自组装形成了丝状三维网络,并且从牛顿流体转变为非牛顿流体。实验结果表明:当水凝胶的荧光激发波长相对于凝胶因子单体出现光谱红移时,水凝胶的自组装过程可以直接利用分子荧光光谱技术进行监测。     

嵌段共聚水溶性高分子在空气/水界面吸附态的构象

对于用几种不同疏水／亲水单体比合成的聚(丙烯酸丁酯／丙烯酸)共聚物样品测定了其水溶液的表面张力,运用Gibbs吸附方程求得在样品溶液临界胶束浓度时样品在气／液界面的分子吸附面积,以此推测其吸附态构象。结果表明,亲水单体单元在共聚物中含量多时,样品分子趋于在水中溶解;疏水单体单元多时,样品分子趋于在表面吸附。其吸附态构象为分子链上相邻的数个丁酯侧基吸附于水面,形成“薄煎饼状”疏水微区。     

蜘蛛丝多肽链段结构的优化设计

根据蜘蛛丝氨基酸片段的序列特征,利用 Hyperchem5软件对部分具有β-折叠或螺旋状结构的多肽链段的分子结构进行优化设计,分析了氨基酸种类、聚合度对多肽链段形成特定构象的影响,发现一定的氨基酸片段有形成特定构象的趋势。分子构象的多元化是蜘蛛丝具有优异力学性能的重要原因。     

单链高分子构象的非格子 Monte Carlo 模拟

采用一种非格子 Monte Carlo 模拟方法对描述单链高分子链构象变化的2个物理量进行了数值模拟.通过计算,研究了单链高分子的均方回转半径、均方末端距以及末端距向量自相关函数随时间的演化过程.结果显示,当高分子链处于平衡状态时,其均方末端距平均值与均方回转半径平均值的比值为6.23,与理论结果吻合较好.进而又研究了单链高分子的弛豫过程, 给出了末端距向量自相关函数的弛豫时间.     

聚苯乙烯-b-聚嵌段共聚物的合成及其化学反应诱导自组装研究

采用RAFT可控自由基聚合方法,合成了由苯乙烯和马来酸酐/苯乙烯交替序列组成的两嵌段共聚PST101-b-P(MA-alt-ST)29;用1HNMR和GPC对共聚物的结构组成进行表征,将其中的马来酸酐用氨基丙基甲氧基硅烷进行氨解开环,得到含有甲氧基硅烷侧基的嵌段共聚物.进一步在碱性催化剂三乙胺的作用下,侧基上的硅氧烷迅速水解反应,并发生聚集.该聚集由于受到可溶性的聚苯乙烯链段的辅助,不会形成宏观的沉淀,而是通过化学反应诱导自组装过程,一步获得聚合物--二氧化硅有机/无机纳米杂化粒子,用动态光散射和透射电镜对所形成的纳米粒子进行了详细表征.     

非离子型表面活性剂水溶液胶团特性模型

针对表面活性剂临界胶团浓度和胶团聚集数的预测问题，从热力学角度出发，考虑了尾基转换自由能、尾基变形自由能、胶团中心-水界面自由能和头基空间相互作用的影响，建立了单一非离子型表面活性剂自组装模型。利用该模型可直接预测非离子型表面活性剂自组装的临界胶团浓度、胶团聚集数和胶团尺寸分布，与文献数据进行了比较，二者吻合较好。     

接枝聚合物PVA—g—PNIPA的合成

采用自由基溶液聚合制备了具有温敏性的N-异丙基丙烯酸胺的线性均聚物（PNIPA）。利用活性酰胺与聚乙烯醇（PVA）中羟基的交换反应将PNIPA接枝在PVA链上得到接枝聚合物PVA-g-PNIPA。用化学交联法在W/O体系中将PVA-g-PNIPA制成微球。结果表明,接枝聚合物仍具有温敏性。接枝聚合物中PNIPA的含量随PNIPA/PVA（投料比）的增加而增加,并且影响微球的成球率。     

嵌段共聚物的自组装(一)

分子自组装在生物工程技术上的建模、分子器件、表面工程以及纳米科技领域有越来越广泛的应用.而嵌段共聚物的自组装更显示了强大的应用前景.它凭借自身独特的物理化学性质,能自组装形成小到几个纳米、大至数微米乃至更大尺寸范围内的、丰富多彩的形态结构.同时,它的自组装形态能在较弱的外场作用下,作出较强的响应,从而能更好地实现其体系自组装行为的调控.     

水溶液中两嵌段共聚物胶束的制备与表征

利用Novozyme-435酶催化2,2-双（羟甲基）丙酸苄基酯与癸二酸的缩聚反应,再在同一体系中加入己内酯进行酶催化开环反应。反应监测结果表明了,利用酶催化,两种不同的聚合反应在同一反应容器中成功进行并生成了嵌段聚合物。利用动态光散射仪测定了此嵌段聚合物在水溶液中的自纽装形成胶柬的行为,并利用原子力显微镜观察了固定化后的胶束的形貌。     

嵌段共聚高分子链构象的Monte Carlo模拟

采用非格子Monte Carlo模拟方法对嵌段共聚高分子链构象的演化过程进行模拟研究, 具体地考察了结构单元的序列结构以及单元间的相互作用对高分子链的聚集态结构的影响. 结果表明, 在合适的条件下, 嵌段高分子链可以发生线团-螺旋转变以及线团-链滴转变, 相应结果可为理解生物大分子的结构提供可能的线索.