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北科大姜乃生教授《ACS Macro Lett.》:側鏈支化對受限聚類肽薄膜多級晶體結構的影響
2022-08-25  來源:高分子科技

  高分子鏈可通過結晶形成跨尺度、多層次的有序結構和組裝形貌,對材料的各項物理化學性質和性能起著決定性作用。通過化學結構設計調控聚合物的結晶行為,從而得到具有理想多級結構和性質性能的高分子材料,一直是該領域的研究熱點。聚類肽,一類仿肽高分子材料,由于其可溶解可加工性、良好的生物相容性及抗蛋白酶水解性等特點,在生物醫用領域有著潛在的應用價值。近年來的研究表明,通過在聚甘氨酸主鏈氮原子上引入長烷基側鏈,可以使聚類肽在特定條件下形成結晶相或液晶相,從而獲得種類繁多的納米結構和組裝形貌。然而,側鏈結構如何影響聚類肽的分子排列和多級晶體結構,目前仍缺乏系統研究。


  近日,北京科技大學姜乃生教授、美國路易斯安那州立大學張東輝教授課題組共同合作,圍繞烷基側鏈支化對聚類肽薄膜的熔融重結晶行為開展研究。通過在硅基底上構筑兩種不同類型的聚類肽薄膜,借助掠入射X射線散射(GISAXS/GIWAXD)、原子力顯微鏡(AFM)等多種表征手段,揭示了側鏈支化對納米受限條件下聚類肽的分子取向、多級晶體結構和熔融重結晶過程的影響。研究結果表明:具有線型長烷基側鏈的聚(N-辛基甘氨酸)(PNOG)板狀分子在重結晶后通過edge-on的方式擇優取向,組裝形成近似正交晶系的長程有序晶體結構,在大尺度下形成排列緊密的長蠕蟲狀片晶;而當引入支化型烷基側鏈后,由于存在較大的空間位阻,聚(N-2-乙基己基)甘氨酸)(PNEHG)分子在重結晶后排列成六方柱狀液晶相,并進一步形成由PNEHG片晶堆積構成的麥穗狀高層次組裝體。因此,側鏈支化對聚類肽薄膜的多級晶體結構和組裝形貌有著顯著的影響。通過與其他含類似側鏈取代基的聚合物體系進行比較,他們推測側鏈與主鏈之間的耦合作用是決定側鏈支化效應的關鍵。上述結果揭示了聚類肽側鏈結構、分子排列和多級晶體結構之間的科學聯系,同時也表明側鏈支化可作為一種調控受限聚合物薄膜結晶行為的有效方法。

 


1(a、b)PNOG薄膜的GIWAXD與AFM結果。(c、d)PNEHG薄膜的GIWAXD與AFM結果。



2 PNOGPNEHG薄膜的多級晶體結構示意圖


  以上成果以Multiscale Crystalline Structure of Confined Polypeptoid Films: The Effect of Alkyl Side Chain Branching為題發表在《ACS Macro Letters》上。論文的第一作者為北京科技大學材料科學與工程學院碩士研究生王琦。該研究得到國家自然科學基金等項目的資助。


  論文鏈接:https://doi.org/10.1021/acsmacrolett.2c00271

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