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研究人员现在可以预测无序聚合物的性质

发布时间:2019-06-10 19:38 来源:未知 编辑:admin

  感谢来自伊利诺伊大学厄巴纳 - 香槟分校和马萨诸塞大学阿默斯特分校的研究人员,科学家们能够读取长链分子的模式,以了解和预测蛋白质和聚合物无序链的行为。除其他外,这些结果可以为合成聚合物开发新材料铺平道路。

  伊利诺伊州化学和生物分子工程助理教授查尔斯辛的实验室提供了这一发现背后的理论,然后通过麻省大学阿默斯特化学工程助理教授,伊利诺斯校友Sarah Perry实验室进行了实验验证。合作者在ACS(American Chemical Society)Central Science上发表的题为“通过聚电解质单体序列设计静电相互作用”的论文中详述了他们的发现。

  同事们开始了解链条上带电单体的精确顺序背后的物理特性以及它如何影响聚合物产生称为复合凝聚层的自组装液体材料的能力。

  “我认为这项工作令人兴奋的是我们从生物系统中获取灵感,”辛说。“蛋白质的典型图片显示它折叠成一个非常精确的结构。然而,这个系统是基于本质上无序的蛋白质。”

  本文以2017年Perry和Sing的早期发现为基础,最终旨在帮助推进智能材料设计。

  “我们早期的论文表明这些序列很重要,这一点说明了它们的重要性,”Sing解释道。“第一次表明,不同的序列在复杂的凝聚过程中具有不同的性质。我们现在能够做的是用一种理论来实际预测它们为什么会这样表现。”

  “对于生物物理学家来说,如果它们形成一个非常精确的结构,则序列会产生很大的不同,”Sing说。“事实证明,如果它们形成不精确的结构,它也会产生很大的不同。”

  甚至非结构化蛋白质也具有与之相关的精确度。单体,复杂分子的构建模块,是链的链接。Sing集团理论上认为,通过了解聚合物和单体的序列以及与它们相关的电荷(正,负或中性),可以预测复杂分子的物理性质。

  “虽然研究人员已经知道,如果他们在这些本质上无序的蛋白质中的不同位置放置不同的电荷,实际的热力学性质会发生变化,”Sing说。

  “我们能够证明的是,你可以通过非常具体地改变序列来改变它的强度。这里的情况是通过仅通过一个单体(该链中的单个链接)改变序列,它可以彻底改变这些事物的形成方式。我们也证明了我们可以预测结果。“

  Sing补充说,这些信息对于生物物理学家,生物工程师和材料科学家都很有价值。这一发现将帮助工程师了解广泛的蛋白质并调整蛋白质以改变其行为。它为他们提供了一种新方法,可以将信息放入分子中以构建新材料,并更好地猜测这些属性的行为方式。

  例如,材料科学家可以利用这些信息对材料进行一定程度的控制,使其能够组装成非常复杂的结构或制造能够精确滤除水中污染物的膜。他们的希望是,受生物聚合物启发的科学家可以通过阅读序列来最终设计新的智能材料,从而能够利用这种能力预测物理行为。

  “这在某种意义上说是将生物学和合成聚合物紧密结合在一起,”Sing说。“例如,在一天结束时,蛋白质和尼龙之间的化学反应没有太大的区别。生物学正在利用这些信息来指导生活如何发生。如果你能够明确地提出这些不同的联系,那就是许多其他应用程序的有价值信息。“

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