聚乙二醇在高真空条件下的单链弹性

在过去二十年间，高分子的单链弹性已经得到了广泛的研究.然而由于环境和高分子之间往往有着复杂的相互作用，实验中很难得到高分子在严格无扰状态下的单链弹性（即本征弹性）.为此，利用单分子力谱技术研究了高真空条件下聚乙二醇（PEG）的单链弹性.结果表明，由于高真空条件下溶剂分子的干扰被消除，PEG在这一准无扰状态下呈现其本征弹性.在非极性有机溶剂中，由于溶剂分子和PEG之间只有微弱的范德华力作用，PEG表现出和高真空中基本一致的弹性.然而，在不同环境中，力曲线的低力区（F<100 pN）存在着细微的差异.这一现象可归因于不同条件下基底与PEG链之间的吸附力不同.采用的高真空力谱可用于研究其他高分子单链在准无扰状态下的本征弹性.     

不同液体环境下聚丙烯酰胺的单分子力学

利用单分子力谱研究了非离子型聚丙烯酰胺(NPAM)及其水解产物阴离子型聚丙烯酰胺(APAM)在不同液体环境下的单链弹性. 利用改进的自由连接链(M-FJC)模型中的单链弹性模量参数(K₀)描述NPAM在不同pH值水溶液中的单链弹性. 实验结果表明, K₀随着溶液pH值增加而增大, 表明NPAM在碱性溶液中的水解度具有pH依赖性. 由于K₀和高分子链的净电荷正相关, K₀增大表明NPAM链净电荷增多, 结构单元之间的静电排斥作用增强使高分子链呈现高度伸展的构象. 在此基础上研究了APAM在不同pH值溶液中的构象, 单分子力谱数据表明, APAM在酸性水溶液中为柔性链, 在碱性水溶液中呈现较伸展的构象, 从而在分子水平上阐明APAM链构建的水凝胶网络的溶胀机理. 单分子层面的深入研究有望阐明这类高分子的减阻机理.     

A facile and environment-friendly method for fabrication of polymer brush

A novel environment-friendly system is proposed tofabricate polymer brush, which has the advantages including non-toxic and inexpensive initiator(eosin Y), visible-light exposure(λ= 515 nm), water medium and ambient environment. The experimental results from UV-Vis spectroscopy, AFM-based single molecule force spectroscopy(SMFS) and other measurements indicate thata polymer brush with a living nature is fabricated via free radical polymerization. This polymer brush may find applications incoatings, bio-interfaces and so forth.     

通过自由基抑制剂研究聚多巴胺的形成机理

利用自由基抑制剂二甲基亚砜(DMSO)与依达拉奉(Edaravone)研究了多巴胺(DA)聚合中可能存在的自由基聚合路径,并考察了p H值对聚合过程的影响.利用紫外-可见光谱跟踪了反应过程.研究结果表明,DMSO和Edaravone均可抑制DA的聚合,而且Edaravone的抑制作用更加显著.研究结果表明,自由基聚合路径存在于DA的聚合过程中.实验还发现,DA的聚合速率随着p H值的升高而增大,但不同p H值时溶液的最终外观基本一致.     

The solvent quality of water for poly(<Emphasis Type="Italic">N</Emphasis>-isopropylacrylamide) in the collapsed state: Implications from single-molecule studies

Both of temperature (in water) and composition (in the water/methanol mixed solvent) can induce the coil-to-globule transition of poly(N-isopropylacrylamide) (PNIPAM). The atomic force microscope (AFM) based single molecule force spectroscopy (SMFS) has been exploited to investigate the interactions between the polymer chain and solvent at the single-molecule level. It is found that the single-chain mechanics of PNIPAM show a remarkable dependence on the two external stimuli. A confusing experimental result is that all the force-extension (F-E) curves of unfolding an individual PNIPAM globule present a feature of elastic (monotonically increasing force) stretching but not plateau (constant force) stretching predicted by theory. In this article, we clarify that the presence of the interior solvent molecules in the single-chain globule is the origin of the discrepancy between the F-E curves obtained from theory and experiment. Although both of the external stimuli do tend to lower the solvent quality for PNIPAM, water and the water/methanol mixed solvent will never be the strongly poor solvent for PNIPAM, even at the worst condition.     

脯氨酸聚酯的单链力学性质

脯氨酸聚酯(PPEs)是一类分子量较高且分子量分布较窄的新型可降解脂肪族聚酯,有巨大的应用潜力.然而,还没有关于PPEs力学性质的报道.本工作使用基于原子力显微镜的单分子力谱(AFM-based SMFS)实验技术和熵焓弹性耦合模型研究了PNC 12PE(一种PPEs)在极性有机溶剂中的力学性质.熵焓弹性耦合模型对PN...     

生物大分子的单分子力谱:在水溶液与非极性溶剂中的对照研究

生物大分子是构成生命的物质基础,在其天然环境——水溶液中一般以精确的超分子结构存在.迄今,人们已经合成了种类繁多的水溶性高分子.然而,鲜有合成高分子能够在水溶液中完成精确的超分子组装.与合成高分子相比,生物大分子是特殊而神奇的.为了研究生物大分子与水的相互作用,近年来作者以单分子力谱为主要的实验方法,开展了生物大分子在水溶液与非极性溶剂中的对照研究.研究表明,在非极性溶剂中,生物大分子的超分子结构失稳,转变为无超分子结构的状态.水是一个重要的开关,调控着生物大分子的超分子结构和功能.作者据此提出了生物大分子的水环境适应性概念和早期化学进化过程中水环境筛选生物大分子的假说,并认为水环境适应性是生物大分子和合成水溶性高分子的分水岭.对水和生物大分子的深入研究,将有望破解生命的更多奥秘.     

聚乙烯醇-碘复合物相互作用的单分子力谱研究

为了更加深入地研究聚乙烯醇(PVA)-碘复合物的最可能结构,利用单分子力谱技术对PVA与碘、直链淀粉与碘的相互作用进行了对照研究.实验结果显示PVA与碘离子之间并不存在类似于直链淀粉与碘离子的特殊单分子力谱信号,即：PVA与碘不能形成螺旋结构,单链模型不是PVA与碘相互作用的主要方式.本工作为进一步研究PVA-碘复合物的多链模型奠定了基础.     

可描述硅橡胶弹性的理论模型

硅橡胶是一类应用广泛的弹性体材料.然而由于其复杂的三维网络结构,难以实现硅橡胶的理性设计.本研究尝试从单分子弹性入手来建立从硅橡胶微观力学性质到宏观性能之间的关联.首先,通过基于原子力显微镜的单分子力谱实验测量了甲基乙烯基硅橡胶中2个主成分(硅氧烷链和碳-碳链)的单链弹性(包含熵弹性和焓弹性).随后,利用量子力学计算得出上述2种分子链的理论单链弹性.硅氧烷链和碳-碳链的实验曲线均能与理论曲线很好地重合,表明已成功获取了这2种分子链在准无扰环境中的基准弹性.然后,2个主成分的基准弹性同时被整合到传统的橡胶统计学模型中.最终,通过参数可调的新橡胶弹性模型(称作TCQMG模型)描述了3种不同硅橡胶在整个形变范围内的力学性能.此外,借助TCQMG模型模拟了多个交联网络参数对于硅橡胶力学性能的影响,且模拟结果符合实验结果.该模型不仅有助于理解硅橡胶的复杂交联网络结构,还能够为新型硅橡胶的理性设计提供指导.考虑到硅橡胶与其他弹性体在交联网络结构上的相似之处,TCQMG模型有望用于描述这些弹性体的宏观力学性能.     

非极性有机溶剂对分子内氢键弱化程度的单分子力谱定量研究

利用单分子力谱技术, 以3种不同醇解度的聚乙烯醇(PVA)为模型体系, 定量研究了非极性有机溶剂对分子内氢键强度的影响. 3种PVA样品在非极性有机溶剂中的分子内氢键强度均约为其在真空中强度的48%. 结果表明, 非极性有机溶剂对分子内氢键的弱化作用十分显著, 可削弱其约50%的本征氢键强度. 本文研究结果提示人们需重新审视液相环境对高分子单链弹性和非共价相互作用的影响.