大分子自组装
生物大分子的自组装和组装机制研究
生物大分子的自组装和组装机制研究生物大分子是生物体内重要的自组装体，包括蛋白质、核酸、多糖等。
它们的自组装和组装机制非常重要，不仅对于生命科学领域的理解非常关键，还在纳米技术、材料科学、医药学等方面有重要应用。
本文将介绍生物大分子的自组装和组装机制的研究进展。
一、自组装的定义和特点自组装是指分子或分子集合体之间基于非共价作用（如疏水作用、静电作用、范德华作用等）形成自组装结构的过程。
自组装具有自发性、可逆性、多样性等特点，可以形成空气、液体、固体等不同形态的结构。
生物大分子天然地存在于生物体内，具有非常复杂的自组装结构。
例如蛋白质的三级结构就是通过静电作用、氢键、范德华作用等相互作用自组装而成。
核酸的二级结构则是通过碱基间的氢键自组装形成。
多糖则可以通过亲水作用自组装形成纤维状结构。
二、生物大分子的自组装研究进展1. 蛋白质自组装研究蛋白质是重要的生物大分子，它们具有非常复杂的三级结构和功能。
近年来，越来越多的研究关注蛋白质的自组装行为和机制。
例如，研究人员通过在蛋白质表面引入亲水或疏水基团，调控其疏水作用和亲水作用的平衡，从而形成不同形态的自组装结构。
此外，通过自组装形成的蛋白质纳米颗粒还可以用于药物传递、生物传感器等应用。
2. 核酸自组装研究核酸的二级结构是基于碱基间的氢键自组装形成的。
在研究核酸自组装结构方面，研究人员通过调控碱基的配对，并利用外界驱动力如溶液pH、离子浓度等调控其自组装形态。
此外，一些DNA和RNA自组装体还可以用于药物传递和基因治疗等应用。
3. 多糖自组装研究多糖是具有多种生物活性的自组装体，例如葡聚糖、壳聚糖等。
通过调控多糖的化学结构和分子量等参数，可以控制其自组装形态和性质。
例如，可以通过药物修饰让多糖具备药物传递的功能，还可以通过调控其自组装形态实现钙沉积、创伤愈合等功能。
三、生物大分子组装机制研究生物大分子的组装机制非常复杂，需要通过多种方法进行研究。
例如，结构生物学、分子动力学等方法可以揭示蛋白质、核酸等大分子的三级结构和组装动力学。
生物大分子的自组装原理与规律
生物大分子的自组装原理与规律生物大分子是指在细胞内或细胞外大分子量有机化合物，是生物体内很重要的分子，主要由蛋白质、核酸、多糖和脂质等构成。
它们能够自发地组装成特定的结构和功能，具有高度的有序性和复杂性。
例如，蛋白质可以自组装成许多酶，而核酸则可以组成蛋白质的合成和信息传递的基础。
生物大分子的自组装原理和规律是研究生物化学和生物物理学的重要内容。
自组装是指物质自发地组成一个有序的结构，而不需要外界干预。
自组装通常有两种形式：自聚集和自组装。
自聚集是指分子间通过非共价质量作用力形成有序聚集体，而自组装则是指分子间通过化学键形成有序结构。
自组装能够转化成有序的结构来存储和转移信息，对于生物体的正常生理功能和遗传信息传递起到至关重要的作用。
生物大分子的自组装具有一些重要的规律和原理。
首先，生物大分子的自组装是基于其特定的结构和序列。
例如，核酸的基本单元是核苷酸，而每个核苷酸都有特定的序列和结构，不同的序列和结构会导致不同的组装行为。
其次，疏水作用是生物大分子自组装的关键因素之一。
许多生物大分子有疏水和亲水区域，而疏水作用能够促进水分子和亲水区域分子之间的相互作用，从而导致分子的自聚集和自组装。
第三，生物大分子的自组装还与环境和外部条件有关。
例如，溶液中的pH、温度、离子浓度都可以影响生物大分子的形态和组装行为。
在生物大分子自组装的基础上，许多生物体和生物过程也是通过自组装来完成的。
例如，病毒利用自组装来合成和包装新的病毒颗粒，从而感染宿主细胞。
而许多药物的作用机理也涉及到与生物大分子的自组装相关。
对生物大分子的自组装规律和原理的深入理解有助于药物研发和生物技术的发展。
总之，生物大分子的自组装是生命科学的一个重要领域，其规律和原理涉及到生物化学、生物物理学、分子生物学等多个学科。
因此，对自组装的深入了解和研究将有助于解决许多重要的科学问题和应用领域。
大分子自组装的原理和应用
大分子自组装的原理和应用随着科技的不断发展，自组装技术在生物医学、纳米技术、材料科学等领域中得到广泛应用。
大分子自组装作为一种重要的自组装方式，在这些领域中发挥着越来越重要的作用。
本文将就大分子自组装的原理和应用展开讨论。
一、自组装的概念和分类自组装是指无外部控制下，分子从无序的状态自发组装成有序的结构。
根据组装过程中所需要的能量来源不同，自组装分为热力学自组装和荧光自组装。
根据分子大小和结构类型，自组装又可分为小分子自组装和大分子自组装。
二、大分子自组装的原理大分子自组装过程中，分子之间主要靠相互作用力相互吸引，使它们形成自组装体。
当大分子在溶液或介质中处于非平衡状态时，为了获得平衡状态，这些张力很大的大分子就会自发地组装形成稳定的有序体系。
大分子自组装的原理还有很多，如疏水作用、静电作用、氢键作用、范德华作用等。
这些作用影响自组装体的形态和稳定性，并为其应用提供了理论依据。
三、大分子自组装的应用1.智能材料利用大分子自组装的能力，可以将一些感应机制设计到材料中，使材料在特定环境下具有智能化的响应行为。
如，通过磁场的作用使大分子材料发生定向组装，从而获得磁响应性能。
2.药物传递系统大分子自组装体的大小和形态可以通过分子设计和自组装条件的控制来调控，从而实现药物的长时间缓慢释放，以达到治疗目的。
如，在药物触发下发生自组装，从而用于小分子物质刺激响应传递药物的目的。
3.生物检测大分子自组装的物理和化学性质，使其可以被用于生物分子的检测。
通过分子设计和表面修饰，可以使其与目标生物分子特异性结合，从而进行检测。
如，以随时适应细胞生长环境的自组装大分子用于细胞标记物的检测。
4.光催化大分子自组装在光催化反应中起重要作用。
通过控制自组装体的大小、形态和表面性质，使其适应不同的光催化反应，提高光合成效率。
如，以纳米棒自组装体作为模板，通过光催化反应制备出具有优异性能的双氧水分解催化剂。
四、结论大分子自组装是一种十分重要的自组装方式，在材料科学、生物医学、纳米技术等领域中应用广泛。
生物大分子的自组装与自组织研究
生物大分子的自组装与自组织研究生物大分子的自组装与自组织是生物学中一个重要的研究领域。
它涉及到生命起源、细胞功能以及生物体结构形成的关键过程。
通过研究生物大分子的自组装和自组织，科学家们能够更好地理解生命现象的本质，并为生物医学和纳米技术领域的发展提供新的思路和方法。
一、生物大分子的自组装自组装是指生物大分子根据其内在的相互作用力，在无外界控制下，自行组装成具有特定结构和功能的有序体系的过程。
生物大分子的自组装是生命系统中许多重要过程的基础，包括蛋白质折叠、核酸RNA和DNA的双链形成等。
1. 蛋白质的自组装蛋白质是生物体中功能最为复杂的大分子之一。
它们通过自身的物理、化学和生物学性质，在细胞中发挥着重要的功能。
蛋白质的自组装主要通过氢键、疏水作用、静电相互作用等力来实现。
通过这些相互作用力，蛋白质分子可以在细胞内形成具有特定功能和结构的三维空间结构。
例如，蛋白质的折叠过程就是一种自组装的过程，它决定了蛋白质的功能和活性。
2. 核酸的自组装核酸是生命的遗传物质，包括DNA和RNA。
它们通过自身的碱基配对规则，实现了生物遗传信息的存储和传递。
核酸的自组装过程主要涉及到DNA的双链形成和RNA的二级结构构建。
DNA的自组装过程是通过两条互补的单链DNA分子的碱基配对，形成稳定的双螺旋结构。
RNA的自组装过程则是通过RNA分子内部碱基间的碱基配对，形成具有特定功能和结构的RNA分子。
二、生物大分子的自组织自组织是指生物大分子在外界作用下，根据自身的内部规律形成具有复杂结构和功能的有序体系的过程。
自组织过程常常涉及到非平衡态力学和动力学的调控。
生物大分子的自组织是生物体形成有序结构的基础，如细胞膜的形成、细胞器的组织等。
1. 细胞膜的自组织细胞膜是生物体内细胞和外界环境之间的界面。
它的形成和维持对细胞的功能和生存非常关键。
细胞膜的自组织是通过脂质分子的自组装形成的。
脂质分子在水性环境中可以自发地形成脂质双分子层，其中疏水的脂质分子朝内，亲水的脂质分子朝外。
生物大分子自组装及其应用研究
生物大分子自组装及其应用研究随着科学技术的不断进步，研究人员们在生物大分子自组装方面的研究也越来越深入。
自组装是指分子自行排列组合形成有序结构的现象，这些大分子在自组装过程中形成的结构具有特殊的性质，因此得到了广泛的关注。
本文将介绍生物大分子自组装的概念及其应用研究方向。
一、生物大分子的自组装概念生物大分子是生物体中具有生物功能的大分子，包括核酸、蛋白质和多糖。
这些大分子在生物体内都有特定的空间结构，这种结构是由它们在自组装过程中形成的。
生物大分子自组装是指在适宜的条件下，大分子分子间发生特定的相互作用，使其形成特定的结构。
这个过程可以是根据特定的序列信息，也可以是根据大分子本身的物理化学性质。
例如，核酸自组装是基于Watson-Crick配对规则实现碱基互补配对等，而蛋白质的三级结构则是由大分子之间的相互作用力所决定的。
生物大分子通过这种自组装过程，形成了特定的生物功能结构，比如DNA双螺旋结构，蛋白质的折叠结构等。
二、生物大分子自组装的应用研究方向生物大分子自组装研究的应用领域非常广泛，以下我们将介绍其中四个主要的研究方向。
1.纳米材料制备生物大分子自组装的过程通常在纳米尺度下进行，这使得它成为纳米材料制备的理想途径。
以DNA为例，科学家们已经成功利用DNA自组装制备了各种形态的纳米结构，包括纳米管、纳米球、纳米片等。
这些DNA纳米结构具有很多潜在的应用价值，例如用于制备纳米电路、药物传递等。
此外，蛋白质和多糖也可以用于制备纳米结构，例如利用蛋白质的自组装形成具有特定形态和性能的纳米颗粒。
2.生物传感器生物大分子自组装可以被用于创建高灵敏度的生物传感器。
这是因为自组装的大分子结构可以通过增加或减小结构的对称性、旋转和变形等方式，产生与环境变化相关的信号响应。
例如，一些科学家已经成功利用具有特定序列和结构的DNA分子，制备出一种能够检测特定靶分子的DNA 生物传感器，并且可以快速、准确、稳定地检测分子浓度，这对于诊断医学和生化研究具有重要意义。
生物大分子的自组装和功能研究
生物大分子的自组装和功能研究随着现代生命科学的快速发展，越来越多的人开始关注生物大分子的自组装和功能研究。
大分子是由多个单体组成的分子集合体，有着复杂的结构和多样的功能。
它们可以通过非共价的相互作用在溶液中形成自组装的结构，完成各种生命功能。
本文将介绍生物大分子的自组装和功能研究的相关知识和进展。
一、生物大分子的自组装1.1 自组装的概念自组装是指分子在特定条件下，利用自身的化学和物理性质，形成具有特定结构和功能的集合体。
它是一种自发性的过程，不需要外界介入，也不需要能量的消耗。
自组装是自然界中一种常见的现象，它存在于各种分子层次的结构中，包括原子、分子、胶束、液晶等。
1.2 生物大分子的自组装在生物系统中，大分子的自组装是非常普遍的现象。
生物大分子由于其特殊的化学结构，可以通过非共价相互作用（如氢键、疏水相互作用等）形成各种自组装结构，实现其生物学功能。
这些自组装结构包括蛋白质的二级、三级和四级结构、核酸的二级结构、磷脂双层等。
1.3 生物大分子的自组装机制生物大分子自组装的机制是非常复杂的，不同的大分子根据其化学性质和结构特点，有着不同的自组装方式。
例如，蛋白质的二级结构是通过氢键形成α-螺旋和β-折叠结构，三级结构是不同的二级结构之间相互作用形成，而四级结构是多个蛋白质分子的相互作用形成的。
核酸的二级结构是通过氢键形成的双螺旋结构，而磷脂双层是通过亲疏性相互作用形成的。
二、生物大分子的功能研究2.1 生物大分子的功能生物大分子有着多种多样的功能，包括催化反应、转运物质、参与免疫反应、调节基因表达等。
其中，酶作为生物催化剂，可以促进化学反应的进行；蛋白质作为信号传递分子，可以调节细胞内的信号传导过程；核酸作为遗传物质，可以传递遗传信息。
2.2 生物大分子的功能研究方法生物大分子的功能研究需要采用多种不同的方法，包括分子生物学、生物化学、结构生物学、生物物理学。
其中，分子生物学技术可以用于分析大分子的基因序列和表达；生物化学技术可以用于分析大分子的化学性质和反应机制；结构生物学技术可以用于解析大分子的三维结构；生物物理学技术可以用于研究大分子的物理性质和动力学过程。
生物大分子自组装与功能研究
生物大分子自组装与功能研究生物大分子自组装与功能研究是生命科学领域的重要研究方向之一，涉及到蛋白质、核酸、多糖等大分子的自组装、结构与功能关系等多个层面。
在这篇文章中，我将从自组装的概念入手，探讨大分子自组装的机制、影响因素以及生物大分子自组装研究的进展。
一、自组装的概念自组装是指大分子在适当条件下通过非化学性质作用，自发地形成一定的结构或组装体的过程。
在生命科学领域，自组装是指由生物大分子自行组装形成生物体内的结构与功能，如蛋白质在形成多肽链的过程中、细胞膜的形成等。
二、生物大分子自组装的机制生物大分子自组装的机制是多种多样的，常见的机制包括疏水相互作用、氢键相互作用、离子作用、范德华力相互作用等。
其中，疏水作用是最为重要的一种。
由于蛋白质和细胞膜中通常含有大量的疏水基团，因此它们常常通过疏水作用自组装成具有特定结构和生物学功能的物质。
例如，在脂质双层结构中，疏水基团朝内，与水分子隔离，而疏水性较小的亲水基团则朝向水相，这样便形成了两层互成反相的疏水性较强的屏障，保护细胞内部的分子免受外界侵害。
三、影响自组装的因素生物大分子自组装的形成受到多方面的影响，最主要的因素包括它们自身的化学组成、外部环境、温度、pH值等因素。
例如，蛋白质的折叠通常发生在生理环境中，而一旦受到极端温度、pH值等环境因素的影响，其结构和功能往往会失去平衡和稳定性，这种失去平衡的状态被称为失控态，而一旦进入失控态，生物大分子的自组装及结构和功能的稳定性都将受到极大的影响。
四、生物大分子自组装研究进展生物大分子自组装研究已经成为生命科学领域的重要研究方向之一，它对于解决分子生物学和纳米科学中的一系列问题有着重要的意义。
截至目前，已经取得了一系列重要的研究成果。
例如，瑞典科学家Sara Snogerup Linse等人研究发现，疏水作用对于蛋白质自组装的影响很大，这为研究蛋白质的结构和功能提供了新的思路；美国科学家Michael L. Klein等人分析了细胞膜的结构，揭示了它们是由特定的脂类自组装而成，并提出了一种新的模型，这为研究膜结构和功能提供了新的思路。
生物大分子的纳米尺度自组装
生物大分子的纳米尺度自组装生物大分子的纳米尺度自组装是一种自然的现象，这种自组装可以使高分子物质形成复杂的结构和功能，例如蛋白质、核酸等生物大分子可以自发地组装成具有复杂生命功能的生物大分子结构。
本文将从生物大分子的自组装现象、自组装方式和自组装技术等方面进行探讨。
一、生物大分子的自组装现象生物大分子的自组装现象可以追溯到20世纪初，当时科学家在研究凝胶过程时，发现蛋白质和其他高分子往往会自发地组装成复杂的结构，这种现象被称为“自组装”。
近年来，随着纳米技术和生物技术的发展，人们对生物大分子的纳米尺度自组装现象进行了深入的研究。
在生物大分子的自组装中，分子之间的相互作用起着极为重要的作用。
例如，氢键、范德华力、静电作用等相互作用可以使生物大分子形成复杂的结构和功能。
二、生物大分子的自组装方式生物大分子的自组装方式可以分为两种，一种是非共价自组装，另一种是共价自组装。
非共价自组装是指生物大分子之间通过氢键、范德华力、静电作用等相互作用而形成的结构。
例如，由核酸形成的双螺旋结构、由蛋白质形成的三级结构等。
共价自组装是指通过共价键连接的生物大分子之间的结构。
例如，通过酯键连接的脂肪酸分子可以自组装成脂质体结构，通过肽键连接的氨基酸可以自组装成多肽结构等。
三、生物大分子的自组装技术生物大分子的自组装技术是一种重要的纳米技术，可以用于制备纳米级别的药物、材料等。
例如，通过将药物包装在纳米脂质体中可以改善药物的生物利用度和药效。
生物大分子的自组装技术还可以用于制备人造细胞和生物传感器等。
例如，将有机分子、蛋白质等植入人造细胞中，可以使其具有类似于天然细胞的功能。
生物传感器则可以利用生物大分子的识别特性来检测环境中的污染物、药物等。
同时，生物大分子的自组装技术也存在一定的挑战和问题。
例如，如何将生物大分子按照设计的方式组装成具有特定结构和功能的纳米材料，如何控制自组装过程中的动力学现象等。
总之，生物大分子的纳米尺度自组装是一个具有广泛应用前景的领域。
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10.4 诱导作用导致大分子自组装
10.4.1 氢键诱导的大分子自组装
• 有两个引人注目的体系.一是特殊相互作用（如氢键、离子 /离子相互 作用）和相容性问题，即通过引入特殊相互作用，可使不相容体系转 变为相容体系； 二是含强相互作用的聚合物对在混合时，会形成高分 子络合物，并伴随一系列物理性能的 变化。显然，上述增容和络合的 驱动力都是高分子间的特殊相互作用。研究发现，随着体系中特 殊相 互作用密度的增加，体系可经历“不相容-相容-络合”的转变。借助 这一途径也可实现高 分子的自组装。
10.1 概述
10.1.1 超分子化学
• 超分子化学是研究两种以上的化学物种通过 分子间力相 互作用缔结而成的具有特定结构和功能的超分子体系的科 学。不同于基于原子构 建分子的传统分子化学，超分子 化学是分子以上层次的化学，它主要研究两个或多个分子 通过 分子之间的非共价键弱相互作用，如氢键、范德华 力、偶极/偶极相互作用、亲疏水相互作用以 及它们之间 的协同作用而生成的分子聚集体的结构与功能。 • 超分子化学涉及的核心问题是各种弱相互作用的方向性和 选择性如何决定分子间的识别 及分子的组装性质。
高分子现代合成方法与技术
高分子现代合成方法与技术
10.4.4 刚性链诱导大分子自组装
• 以刚性链大分子为组织单元时，由于高密度刚性链通常具 有规则的相互接近、平行排列的 倾向，为形成胶束提供 了驱动力，而且通常会诱导空心结构组装体的形成。
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10.5.1树枝状聚合物的自组装
高分子现代合成方法与技术
10.5.2超支化聚合物的自组装
• 如果采用的嵌段共聚物两段均为亲水性的，则相当于带有疏水端的小 分子表面活性剂对 其中一个亲水嵌段进行疏水修饰，使之转化为疏水 嵌段，而另一亲水嵌段保持亲水性，从而诱 导嵌段共聚物发生胶束化 。
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10.4.3 静电作用诱导大分子自组装
• 聚电解质嵌段共聚物融合了聚电解质、嵌段共聚物和表面 活性剂三者的结构特点，在水溶 液中通过静电、疏水、 氢键等相互作用，可很容易形成结构规则、具有纳米尺寸 的胶束、微粒或 空心微囊。因此，聚电解质嵌段共聚物 已成为近年来大分子自组装领域研究的热点。 • 聚电解质自组装的内容十分丰富，包括嵌段共聚物的自组 装、两种均聚物之间的自组装、 小分于物质诱导的自组 装和无机纳米微粒诱导聚电解质自组装等。
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• 影响两亲性嵌段共聚物的自组装体形态的因素
3.制备方法的影响 嵌段共聚物胶束化过程及其聚集形态结构受热力学驱动。但聚合物 缓慢的链运动会妨碍 体系达到热力学稳定状态。因此制备方法会 直接影响到自组装体的稳定状况。目前，制备两亲性嵌段共聚物胶 束最常采用的方法为向溶解体系加水。整个组装过程是 使体系的 Gibbs自由能趋于最低值。 4.其他因素的影响 只有三种贡献会对聚集体的形态有贡献，即聚集体核与壳之间的界 面能、核链段的伸展状态和壳链段的排斥作用。所有影响这三种力 之间的平衡的因素都会影响聚集体的形态，如嵌段共聚物的相对链 长、 聚合物浓度、溶剂组成和性质、添加剂、温度等。
• 3.溶剂的影响
溶剂的性质及结构上的不同都可能导致自组装体系结 构发生重大改变。任何破坏非共价键的溶剂,都可能会影响 到自组装过程的进行,包括溶剂的类型、密度、ｐＨ值以及 浓度等。
Mingyan Yan等人在使用狭鳕皮肤胶原蛋白进行自组装的时候发现，当 胶原蛋白浓度达到0.6mg/ml时，可加速自组装过程，这一结果说明高浓度可 加速自组装过程；当ph值为7.2时，自组装速率常数最大；当NaCl浓度为30 至60mM时，更适合于胶原蛋白自组装 高分子现代合成方法与技术
两个重要的条件：一是有足够量的非共价键或氢键存在； 二是自组装体系的能量较低，否则很难形成稳定的自组装体系
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极性头基 亲水基 疏水基 亲水基 疏水 尾巴
细胞膜的自组织有序结构
糖脂类 碳水化合物链 蛋白质 外层膜表面
蛋白质分子 内层膜表面 磷脂双层膜
胆固醇 细胞骨架 纤维
高分子现代合成方法与技术
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10.3.2 全亲水嵌段共聚物的自组装
• 全亲水性嵌段共聚物（Double Hydrophilic Block Copolymers， DHBCs)是指由两种或两 种以上分别具有不同化学结构和环境响应性 的水溶性链段构成的嵌段共聚物。在一定条件 下，DHBCs可完全溶 于水。而当环境条件如pH、温度改变，或加入某些能与一种链段形 成络 合物的高分子或小分子时，其中一个链段变为非水溶性，从而可 在水溶液中实现自组装。 • 温度诱导自组装的DHBCs，其分子结构中至少应含有一个具有温度 响应性，并具有最低相转变温度（Lower Critical Solution Temperature，LCST)的嵌段。此LCST通常应 高于室温，加热时， 这一嵌段从水溶性变为非水溶性，从而导致胶束化自组装。 • 由pH诱导自组装：一类为嵌段共聚物中含有一种聚电解质嵌段，且 此聚电解质的质子化和脱质子化具有pH依赖性，另一嵌段则为水溶 性非离子性嵌段； 另一类为嵌段共聚物由两种分别具有不同pH值的 阳离子聚电解质或阴离子聚电解质组成， 在不同pH条件下两个嵌段 表现出不同的水溶性。
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• 影响两亲性嵌段共聚物的自组装体形态的因素
1.嵌段相对长度的影响 改变两亲性嵌段共聚物中某一嵌段的长度，可得到不同形状的自组 装体。例如，具有较长 亲水链段的两亲性嵌段共聚物在水性中形 成小核大壳的星状胶束，而具有较长疏水链段的两 亲性嵌段共聚 物则会聚集成大核小壳的“平头”胶束 2.嵌段共聚物浓度的影响 两亲性嵌段共聚物的聚集存在临界胶束浓度（CMC)。在CMC值以 下，聚合物以单分子 链的形式溶解在溶剂中。嵌段共聚物的性质、 嵌段的长度和总分子量、链段和溶剂间的相互作 用参数a的差异等 均影响临界胶束浓度。对嵌 段共聚物而言，不溶性链段分子量越 大（可溶链段分子量不变），CMC值越低。
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10.3 嵌段共聚物的溶液自组装
10.3.1 两亲性嵌段共聚物的自组装
• 对两亲性嵌段共聚物自组装的认识可从小分子表面活性剂 的自组装得到启发。 小分子表面活性剂能在水中自发地 形成胶束。显然，这是一种典型的自组装现象。表面活性 剂分子中极性基团的种类、疏水尾链的长度、离子 类型 、表面活性剂的浓度以及环境温度等因素直接影响表面活 性剂在水中的组装形态。两亲性嵌段共聚物可看成是放大 的表面活性剂
高分子现代合成方法与技术
The Modern Methods and Technology of Polymer Synthesis
高分子现代合成方法与技术
教材： 王国建 同济大学
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第10章 大分子自组装（4学时）
Macromolecular Self-assembly
高分子现代合成方法与技术
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10.1.2 分子自组装
• 指基本结构单元（分子、纳米材料，微米或更大 尺度的物质）自发形成有序结构的技术。 • 基本结构单元在非共价键作用下自发的组织或集 聚为一个稳定、具有一定规则几何外观的结构。
非共价键包括：氢键、范德华力、静电力
ππ堆积作用、亲疏水性
毛细管作用力 液体表面张力等
影响因素
• 1.分子识别的影响
包括分子间有几何尺寸、形状上的相互识 别以及分子对氢键、π-π相互作用等非共价相 互作用力的识别高分子现代合成方法与技术
• 2.组分的影响
组分的结构和数目对自组装超分子聚集体的结 构有很大的影响。
Bushra Siddique和Jean Duhamel研究了多肽序列对多肽自组装的 影响。结果发现，不同序列的氨基酸自组装多肽HLB值不同，含有较 多天冬氨酸的多肽序列形成亲水性多肽，而苯丙氨酸含量较高的多肽 序列则形成疏水性多肽。
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自组装原理
• 利用分子与分子或分子中某一片段与另一片段之 间的分子识别,相互通过非共价作用形成具有特定 排列顺序的分子聚合体 。 • 分子自发地通过无数非共价键的弱相互作用力的 协同作用是发生自组装的关键。 • 自组装的驱动力：弱相互作用的协同作用，提供 能量，维持结构的稳定性和完整性。 • 导向作用：空间尺寸上满足互补要求
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10.4.2 小分子表面活性剂诱导的大分子自组装
• 这种组装体系的两亲性嵌段共聚物通常含有一个能与小分子表面活性 剂的极性亲水基团 络合的嵌段，这个嵌段通常是聚电解质或离聚物， 也可是重复结构单元中含有吡啶、氨基等的 聚合物链。 • 当嵌段共聚物和表面活性剂在水中共存时，表面活性剂的极性基团与 嵌段通过氢键或离 子-离子相互作用而络合，而表面活性剂的长疏水 尾链相互聚集，诱导该嵌段聚集形成胶束内 核，而嵌段共聚物的另一 亲水链段形成胶束的壳，并使得胶束稳定存在。
10.1.3 大分子自组装
• 大分子自组装属于超分子化学与高分子化学的交 叉研究领域，是研究高分子之间、高分子 与小分 子之间、高分子与纳米粒子之何或高分子与基底 之间的相互作用，及其通过非共价键合 而实现不 同尺度上的规则结构的科学。
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10.2 分子自组装的原理
• 两个重要的基础研究：一是通过各种活性聚合方 法的发展，使 制备具有特定结构和分子量的各种 嵌段共聚物作为大分子自组装的前体成为可能;二 是对大 分子自组装体进行化学修饰，使组装体的 结构稳定化，并更适合将来实际应用的要求。