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北科大姜乃生教授《ACS Macro Lett.》:侧链支化对受限聚类肽薄膜多级晶体结构的影响

北科大姜乃生教授《ACS Macro Lett.》:侧链支化对受限聚类肽薄膜多级晶体结构的影响 高分子科技
2022-08-25
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导读:揭示了聚类肽侧链结构、分子排列和多级晶体结构之间的科学联系,同时也表明侧链支化可作为一种调控受限聚合物薄膜结晶行为的有效方...
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高分子链可通过结晶形成跨尺度、多层次的有序结构和组装形貌,对材料的各项物理化学性质和性能起着决定性作用。通过化学结构设计调控聚合物的结晶行为,从而得到具有理想多级结构和性质性能的高分子材料,一直是该领域的研究热点。聚类肽,一类仿肽高分子材料,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点,在生物医用领域有着潜在的应用价值。近年来的研究表明,通过在聚甘氨酸主链氮原子上引入长烷基侧链,可以使聚类肽在特定条件下形成结晶相或液晶相,从而获得种类繁多的纳米结构和组装形貌。然而,侧链结构如何影响聚类肽的分子排列和多级晶体结构,目前仍缺乏系统研究。

近日,北京科技大学姜乃生教授、美国路易斯安那州立大学张东辉教授课题组共同合作,围绕烷基侧链支化对聚类肽薄膜的熔融重结晶行为开展研究。通过在硅基底上构筑两种不同类型的聚类肽薄膜,借助掠入射X射线散射(GISAXS/GIWAXD)、原子力显微镜(AFM)等多种表征手段,揭示了侧链支化对纳米受限条件下聚类肽的分子取向、多级晶体结构和熔融重结晶过程的影响。研究结果表明:具有线型长烷基侧链的聚(N-辛基甘氨酸)(PNOG)板状分子在重结晶后通过edge-on的方式择优取向,组装形成近似正交晶系的长程有序晶体结构,在大尺度下形成排列紧密的长蠕虫状片晶;而当引入支化型烷基侧链后,由于存在较大的空间位阻,聚(N-2-乙基己基)甘氨酸)(PNEHG)分子在重结晶后排列成六方柱状液晶相,并进一步形成由PNEHG片晶堆积构成的麦穗状高层次组装体。因此,侧链支化对聚类肽薄膜的多级晶体结构和组装形貌有着显著的影响。通过与其他含类似侧链取代基的聚合物体系进行比较,他们推测侧链与主链之间的耦合作用是决定侧链支化效应的关键。上述结果揭示了聚类肽侧链结构、分子排列和多级晶体结构之间的科学联系,同时也表明侧链支化可作为一种调控受限聚合物薄膜结晶行为的有效方法。

 

1(a、b)PNOG薄膜的GIWAXD与AFM结果。(c、d)PNEHG薄膜的GIWAXD与AFM结果。


2 PNOGPNEHG薄膜的多级晶体结构示意图


以上成果以Multiscale Crystalline Structure of Confined Polypeptoid Films: The Effect of Alkyl Side Chain Branching为题发表在《ACS Macro Letters》上。论文的第一作者为北京科技大学材料科学与工程学院硕士研究生王琦。该研究得到国家自然科学基金等项目的资助。


论文链接:

https://doi.org/10.1021/acsmacrolett.2c00271


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