二氧化碳/环氧丙烷/γ-丁内酯的三元共聚合和表征

通过二氧化碳(CO2 )、环氧丙烷(PO)与γ- 丁内酯(GBL)的三元开环共聚反应,得到一种三元共聚物,脂肪族聚碳酸酯(PPCG) .对PPCG的结构进行了FTIR、1 H- NMR及1 3C -NMR表征,表明GBL被开环嵌入PO CO2分子链中,使得共聚物中引入了易水解的羧酸酯单元.对PPCG的热性能、降解性能进行了测试.结果表明,在一定范围内,随着γ丁内酯单元的增加,特性粘数降低,PPCG的玻璃化转变温度升高,材料降解性增强;不同的聚合反应时间对PPCG的特性粘数和和玻璃化转变温度也有着明显的影响.     

光化学在自组装结构调控与探测中的应用

利用光照引发的光化学变化,作为一种通过宏观手段向微观系统提供能量和外加刺激的理想手段,在分子自组装研究中起到了重要的作用.通过光化学变化可以实现对分子自组装结构从分子结构到微观结构,再到宏观性质的多层级调控.反之,通过其他手段调节聚集体的组装结构和分子排列,也可以控制改变聚集体的发光情况.此外,分子荧光探针为认识纳米尺度的分子自组装结构的微观环境提供了有力的支持,是研究自组装结构中不可取代的重要表征手段.本文就光化学手段对分子自组装结构的调控与探测,以及自组装结构对发光分子的光学性质的影响等方面进行了介绍.     

Fmoc-FF二肽分子自组装过程的分子动力学研究

采用分子动力学方法模拟研究了Fmoc-FF二肽分子在溶液中的自组装过程,探究了自组装过程中的驱动力及水桥结构对聚集体稳定性的影响.结果表明,Fmoc-FF二肽分子可以在水溶液中自组装形成结构规整的圆柱形纳米棒;根据Fmoc环间的径向分布函数,通过比较二肽分子之间及二肽分子与水分子间的相互作用,推测二肽分子间的π-π相互作用是自组装过程的主要驱动力;另外的驱动作用体现在二肽分子与水分子之间形成的氢键,其中水分子以水桥结构连接不同的二肽分子,这种水桥结构对自组装结构具有稳定作用.     

AOT/H2O/油微乳液体系的浊度、密度和微观结构

建立了通过精密测量密度、折射率和浊度研究微乳液滴微观性质的方法,获得水与表面活性剂的摩尔比r分别为10.5和12的AOT/H2O/甲苯微乳液体系液滴的微观结构及相互作用参数,得到AOT分子的长度L=1.07 nm,用液滴间的相互作用讨论了相变温度与r的关系.用L=1.07 nm,通过密度测量得到AOT/H2O/甲苯和AOT/H2O/环己烷两个微乳液体系不同r值下液滴的微观结构参数,与文献报导的数据吻合得很好.发现在微乳液滴中的水的密度明显大于自由水的密度,并随溶剂变化,而AOT分子的构型不变.     

AOT/H_2O/油微乳液体系的浊度、密度和微观结构

建立了通过精密测量密度、折射率和浊度研究微乳液滴微观性质的方法,获得水与表面活性剂的摩尔比r分别为10.5和12的AOT/H2O/甲苯微乳液体系液滴的微观结构及相互作用参数,得到AOT分子的长度L=1.07nm,用液滴间的相互作用讨论了相变温度与r的关系.用L=1.07nm,通过密度测量得到AOT/H2O/甲苯和AOT/H2O/环己烷两个微乳液体系不同r值下液滴的微观结构参数,与文献报导的数据吻合得很好.发现在微乳液滴中的水的密度明显大于自由水的密度,并随溶剂变化,而AOT分子的构型不变.     

宏观超分子组装——超分子材料制备新理念

近年来,宏观超分子组装已经逐渐发展成为超分子化学中的一个新兴研究方向.宏观超分子组装是指特征尺寸在微米及微米以上尺度的构筑基元,通过分子间相互作用发生组装,形成有序结构的过程,是实现"全尺度自组装"不可或缺的环节,为超分子体相材料的制备提供了新的理念和方案.本文从宏观超分子组装的发展概况、设计原则与策略和应用方向3个方面展开综述,介绍了从基于长程作用力的"宏观组装"到基于分子间相互作用的"宏观超分子组装"的区别与联系,阐释了实现宏观超分子组装的设计原则和相关机理.最后,针对实现超分子材料广泛应用的目标,从"精准组装"的角度综述了提高组装结构有序程度的方法,以及宏观超分子组装在组织工程支架等方面的应用前景.     

系列势阱深度下二元Lennard-Jones液体相分离程度的分子动力学研究

相分离是一种十分常见的现象，并得到了人们的广泛关注，但是究竟在怎样的微观相互作用下液体会产生相分离，其程度又是如何，仍然需要研究．本文通过分子动力学方法对系列势阱深度下二元Lennard-Jones液体进行了模拟研究，获得了液体相分离程度随两类原子势阱深度比值k的变化情况，给出了微观相分离下液体中同类原子聚集单元的典型图像，考察了相分离情况与原子间相互作用之间的关系．模拟所得的物理量包括各k值下平衡态液体中每个原子的最近邻原子是同类原子的几率的平均值、同类原子聚集单元的平均大小和所包含原子数的平均值、各瞬态图像中最大尺寸的聚集单元的平均大小和包含的原子数的平均值．上述物理量随k的增加都表现出了先缓慢增加，再快速增加，最后又变缓的变化特征．将这些量的变化特征与各k值下液体的瞬态图像和同类原子聚集单元的最大尺寸相结合，表明随着k的增加，二元Lennard-Jones液体依次能够出现没有相分离、微观相分离和宏观相分离3种状态．而且给出了液体从没有相分离向出现微观相分离的转变点和从出现微观相分离向出现宏观相分离的转变点所对应的k值，分别为2.47和2.89，揭示了液体出现微观相分离和宏观相分离...     

梳型嵌段共聚物微观相分离的耗散粒子动力学模拟

利用耗散粒子动力学(Dissipative particle dynamics, DPD)模拟方法研究了二维梳型嵌段共聚物的微观相分离, 得到了相形貌与侧链长度及链段间相互作用的依赖关系, 进一步与线型和星型嵌段共聚物微观相分离进行了对比. 模拟结果揭示了本体中影响梳形嵌段共聚物微观相分离的主要因素, 包括嵌段共聚物的组成\, 拓扑结构以及不同粒子间的排斥力.     

动态硼酸酯键管控邻苯二酚基团与功能黏附性高分子设计

“黏附”是一种普遍存在的多尺度相互作用,其实质是界面处化学键、氢键或范德华力等的形成.近年来,在贻贝仿生的基础上将黏性因子邻苯二酚基团嵌入到动态硼酸酯聚合物中,成为了功能黏附性高分子的重要发展方向.本专论从分子黏附、微/纳表面黏附和宏观表面黏附3个尺度,介绍硼酸酯键管控邻苯二酚基团在高分子材料功能化方面的研究进展.分子黏附,主要讨论硼酸酯聚合物中邻苯二酚基团与分子或离子相互作用规律及其对材料形貌和刺激响应性能的调控;微/纳表面黏附,论述硼酸酯聚合物体系超分子驱动力和组装机制,介绍其在微/纳材料功能化改性方面的研究进展;宏观表面黏附,讨论硼酸酯键管控邻苯二酚基团与黏附性能调控的关联规律,介绍硼酸酯聚合物功能黏附材料在宏观组装、攀爬机器人领域的应用.最后,从新型硼酸酯聚合物设计、动态键精准管控和器件化应用的角度,对该领域未来前景和发展趋势做出了展望.     

微纳米粒子的形貌调控及其对药物/基因传递体系的影响

超分子组装体由于具有适合的微纳米尺寸、可控的结构和良好的生物相容性等特点,极大地促进了药物/基因传递体系的发展。拓扑结构(如形貌、尺寸)是影响药物/基因传递体系的重要因素,这方面研究正成为这一领域的研究热点。本文综述了调控组装体形貌的主要手段,包括聚合物链结构与组成、组装条件、外界刺激及聚合诱导的组装体形貌,初步探讨了微观形貌对药物/基因传递体系的影响,并对这一领域进行了展望。     

溶质在磷脂膜色谱与正辛醇/水系统中的热力学分配行为

生物膜为液晶态磷脂双分子层结构, 其中蛋白质镶嵌在生物膜上, 处于脂质环境中, 因此药物膜的转运、 药物接近膜中蛋白质以及随后结合过程等均与药物和生物膜间的相互作用有着密切联系. 药物的膜/水分配系数(Km)是评价药物与生物膜间相互作用的定量参数, 为药物与生物膜间各种分子作用力的总和, 包括静电、 氢键和疏水等作用力及立体效应等[1,2]. 药物与生物膜间相互作用的评价系统一直是研究中的热点. 最初正辛醇/水系统为模型分配系统, 但是由于其不是理想的生物膜模拟相, 因此不能用来准确描述药物与生物膜间的相互作用. 最近出现的磷脂膜色谱可较好地模拟细胞膜有序磷脂层的空间环境, 因此在评价药物与生物膜间的相互作用、 预测药物跨膜转运以及生物活性上均明显优越于正辛醇/水系统[3]. 虽然我们已证明这两个系统在亲脂性测量尺度上存在明显差别, 但是并没有说明溶质与两个生物膜模拟相的相互作用机制的差别[4]. 本文考察了温度对溶质分子在这两个分配系统中分配的影响, 并从溶质分配过程中的熵变和焓变的角度对这两个分配系统进行了比较.     

由自组装构筑蛋白酶响应性近红外/磁共振双显影微球

由分子侧链上修饰近红外荧光分子的聚赖氨酸及表面聚丙烯酸修饰的磁共振显影磁性纳米颗粒为组装单元,采用自组装法构筑了在近红外、磁共振双重显影中均具有蛋白酶响应性的纳米尺度自组装微球.微球形成的组装驱动力为聚赖氨酸侧链氨基与磁性纳米颗粒表面羧基在水相中的静电相互作用,两类组装前驱体在静电力作用下组装为纳米尺度团聚体,再通过戊二醛对氨基的适度交联来构筑胰蛋白酶响应的双显影复合微球.该复合微球处于自组装聚集状态时,微球内近红外荧光分子间的距离减小从而发生荧光共振能量转移,导致荧光分子的自淬灭;而在胰蛋白酶活化后的解组装状态,微球内聚赖氨酸重复单元间的酰胺键被胰蛋白酶切断,荧光分子间距扩大,共振能量转移现象消失,从而导致复合微球在胰蛋白酶存在下释放荧光,荧光释放强度/淬灭强度的比值最高可达18.此外,自组装微球的磁共振显影同样具有胰蛋白酶敏感性,这与组装—解组装过程导致微球内磁性纳米颗粒的局部浓度及聚集状态发生变化有关.细胞和动物实验研究表明,复合微球呈现低细胞毒性,并可特异性地对胰蛋白酶阳性的细胞和组织进行近红外/磁共振双显影,在胰蛋白酶的生物影像学检测中具有潜在的应用前景.     

介绍一种测量表面间分子作用力的仪器:表面力仪

研究分子间或分子聚集体间的相互作用是认识物质构筑规律、了解物质从微观到宏观各种物理化学性质以及探索生命奥秘的基础,长期以来科学家们梦寐以求能够直接测量分子(或分子聚集体)间的作用力.表面力仪(Surface Force Apparatus,常简写为SFA)就是一种直接测定两个微小表面间分子相互作用力与他们间距离关系的精密仪器.     

脂筏微区超分子聚集体结构的稳定性

生物膜中脂筏微区结构的动态特征与稳定性决定着生物膜的功能。通过从动物细胞提取脂筏,实验不但观测到质膜微囊烧瓶状凹陷结构,而且还观测到大量的球状和椭球状结构.通过模拟脂筏微区结构,重点对二元体系和三元体系的超分子聚集体结构的多形性进行了研究和探索。研究发现随着表面压力的增加,鞘磷脂和胆固醇双层膜出现了紧密聚集不规则的微区结构,在 SM/Chol/DOPC双层膜中,SM/Chol形成的微区结构漂浮在液态DOPC小颗粒上部。当 DOPE加入到SM/Chol中,三种成份形成不稳定的双层膜结构.Ceramide促进了SM/Chol结构发生重排,微区形状从原来的不规则向着紧密聚集的圆形结构演变;混合单层膜的分子面积与表面吉布斯自由能决定了分子间的相互作用, 当过量分子面积与过量吉布斯自由能为负值时,分子间相互作用表现为吸引力, 出现凝聚现象; 为正值时,分子间相互作用表现为排斥力, 促使单层膜出现相分离现象. 过量吉布斯自由能值越小, 单层膜的热稳定性越高.通过动物细胞提取脂筏与体外模拟脂筏相结合的方法,从超分子水平阐述了脂筏微区结构与功能的生物学意义,为生物膜的研究提供了理论依据和实验支持。     

分子动力学模拟研究[Bmim][PF6]+水+醇三元体系的微观结构和分子间相互作用

研究离子液体体系的微观结构和分子间相互作用具有重要意义. 本文对1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐([Bmim][PF₆])+水+乙醇和[Bmim][PF₆]+水+异丙醇三元体系进行了分子模拟研究, 计算了径向分布函数和不同组成的水-醇混合溶剂与离子液体阴阳离子间的相互作用能, 并将其分解为库仑相互作用能和Lennard-Jones(LJ)势能. 在此基础上, 研究了溶液体系的微观结构、分子间相互作用和相行为. 结果表明, 水倾向于与离子液体阴离子和阳离子极性部分作用, 醇倾向于与阴离子和阳离子非极性部分作用; 库仑力主导阴离子-溶剂相互作用, 色散力主导阳离子-溶剂相互作用, 阴阳离子的缔合状态对色散力影响较小, 对库仑力的影响非常显著.     

固体表面分子的自组装结构与调控机制

固体表面有机分子自组装是合成低维超分子材料和对固体表面进行功能化的重要途径.本文主要介绍了利用理论计算与扫描隧道显微镜实验相结合的手段研究固体表面分子自组装机制及结构与物性调控的相关工作.主要聚焦于几种由弱相互作用主导的分子自组装过程,从影响固体表面功能分子自组装过程的基本要素出发,如固体表面性质、功能分子的结构、功能分子间相互作用的类型和强度以及有卤族元素增原子参与的组装等,介绍了这些要素在构筑并调控分子自组装结构中的作用,理解固体表面功能分子自组装结构的调控机制,最后对如何实现分子自组装结构及物性的可控调制进行了展望,为设计新型低维超分子网格结构提供思路.     

聚合物链长及表面吸附强度对三维受限下嵌段共聚物微观相分离的影响

利用动态密度泛函(Dynamic density functional theory, DDFT)方法研究了三维受限下嵌段共聚物的微观相分离, 讨论了共聚物链长和表面吸附强度对微观相形成与取向的影响. 体系中随机分布的等径微球提供三维限制结构, 体积分数为0.6. 增加微球的半径和体积分数, 能够使其从破坏微相规整结构的纳米掺杂过渡到提供三维限制结构. 调整嵌段共聚物与微球表面的相互作用对微相形成与取向有重要影响.     

超分子体系中自组装基元的相互作用与理论设计

超分子体系中最典型的应用之一即是合理选择自组装构筑基元并精确调控其相互作用的协同效果,进一步制备具有光、电、自修复等特征的功能材料.为了实现精确调控自组装基元之间相互作用的目标,需要在微观层次认识不同类型非共价键相互作用的本质,正确描述它们协同的效果,进一步协调考虑体系熵与焓的贡献,合理设计自组装构筑基元.本文主要介绍了在超分子弱相互作用的精确描述、计算机模拟中静电长程相互作用的正确处理、接枝聚合物纳米粒子结构的微观特征以及聚合物/纳米粒子复合物聚集结构的影响因素等方面的研究进展.     

分子动力学模拟研究[Bmim][PF_6]+水+醇三元体系的微观结构和分子间相互作用(英文)

研究离子液体体系的微观结构和分子间相互作用具有重要意义.本文对1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐([Bmim][PF6])+水+乙醇和[Bmim][PF6]+水+异丙醇三元体系进行了分子模拟研究,计算了径向分布函数和不同组成的水-醇混合溶剂与离子液体阴阳离子间的相互作用能,并将其分解为库仑相互作用能和Lennard-Jones(LJ)势能.在此基础上,研究了溶液体系的微观结构、分子间相互作用和相行为.结果表明,水倾向于与离子液体阴离子和阳离子极性部分作用,醇倾向于与阴离子和阳离子非极性部分作用;库仑力主导阴离子-溶剂相互作用,色散力主导阳离子-溶剂相互作用,阴阳离子的缔合状态对色散力影响较小,对库仑力的影响非常显著.     

光学活性三嵌段刚柔共聚物的合成和在二氧六环/水中的自组装

刚柔嵌段聚合物作为多层次有序高级结构的构筑单元正受到广泛的关注．与仅由柔性链段连接而成的嵌段聚合物相比,一方面,刚性链段和柔性链段的相分离与刚性链段倾向于有序取向间的竞争,使其自组装能力增强;另一方面,可在刚性链段引入某些功能基团,从而赋予超分子聚集体识别、传感、催化、光电等特殊的性质．