大分子自组装研究的进展

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超分子化学和分子自组装的研究进展与应用

超分子化学和分子自组装的研究进展与应用

超分子化学和分子自组装的研究进展与应用简介超分子化学和分子自组装是当今化学领域的一个重要分支,它们研究物质在分子层面的组装和性质,为跨学科和应用研究提供了强有力的支持。

这两种研究方法既具有基础研究的价值,又拥有广泛的应用前景。

本文旨在对超分子化学和分子自组装的基本概念、研究进展和应用进行简述。

一、超分子化学和分子自组装的概念超分子化学是指物质在分子层面上自发形成的具有特殊功能和性质的超大分子结构。

超分子化学主要研究分子之间的非共价相互作用,如氢键和静电相互作用等,这些相互作用导致了分子之间的自组装。

分子自组装是指在无外加力作用下,分散的分子自然而然地自组装成为更大、更复杂的结构。

分子自组装是超分子化学的实现途径,通过调节分子相互作用的强度和性质,可以实现自组装的控制和序列化。

超分子化学和分子自组装是相互补充的研究方法,它们共同构建了超分子材料领域的理论基础。

二、超分子化学和分子自组装的研究进展1、分子组装的分级分子自组装是一种高度有序的过程,分子的排列方式和结构的形成由分子之间的相互作用决定。

分子组装可分为一级、二级和三级。

一级自组装是指单个分子自组装成为一个比单个分子大、更定向和有序的结构。

二级自组装是指多个单个分子组装成为更大的孤立分子或超分子。

三级自组装是指在大分子中形成的超分子结构。

2、分子组装的驱动力分子自组装的驱动力是分子之间的相互作用力。

这些作用力通常包括氢键、范德华力、静电作用、π-π堆积和金属配位等。

不同的相互作用力对自组装的形成有不同的影响。

例如,氢键作用使分子之间的距离缩短,范德华力能够使分子低能地堆积在一起。

因此,在分子组装的过程中,属于不同相互作用力的能量对比显得十分重要。

3、组装体系的设计分子组装的研究和应用通常需要设计具有特定空间结构和相互作用的原料。

这些原料可以是单个分子或已经组成的超分子。

例如,在纳米电子学中,通过设计分子和超分子间的相互作用力构建器件,可以实现分子电子器件的组装。

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。

分子生物学知识:生物体的自组装现象及其机理研究进展

分子生物学知识:生物体的自组装现象及其机理研究进展

分子生物学知识:生物体的自组装现象及其机理研究进展生物体的自组装现象及其机理研究进展随着分子生物学的发展,越来越多的研究发现,生物体内部存在着多种自组装现象。

自组装是指分子或物质在没有外部干扰的情况下,由于化学或物理性质的相互作用,自发地形成有序的结构或整体的过程。

这种现象在生物体内更加普遍,比如蛋白质的自组装、细胞膜的自组装等等。

这篇文章将对生物体的自组装现象及其机理进行详细的介绍。

一、生物体的自组装现象1.蛋白质的自组装蛋白质是生物体内最为重要的一类分子,不仅构成着细胞的大部分结构,而且是生命活动的关键催化剂。

蛋白质在形成的过程中,往往会进行自组装,形成复杂的大分子结构。

例如,一些蛋白质具有自组装为棒状或管状纤维的能力,这种纤维在生物体中起到重要的骨架结构和支撑功能。

而一些蛋白质也具有自组装为类似于颗粒的形态,这种颗粒在细胞中可以用于运输物质,起到了很重要的作用。

2. DNA的自组装DNA是构成生物体遗传物质的核酸分子,其自组装也成为了科学家们研究的热点。

DNA最为典型的自组装现象是形成双螺旋结构,在这样的结构中,两根DNA单链以互补的方式相连组成了一个双链结构。

此外,还有一种DNA自组装现象叫做DNA自组装纳米技术,即通过改变DNA分子的序列和结构,在特定条件下,可以自组装成预定形状的DNA 纳米结构。

这种纳米技术在医药、纳米电子学等领域有着广泛的应用前景。

3.细胞膜的自组装细胞膜是细胞质膜内外的一层薄膜,由磷脂、蛋白质、糖类等组成。

它的自组装与生物体皮肤、骨骼等的自组装相似,都是依靠分子间的力相互吸引和排斥,形成一种紧密排列的整体结构。

细胞膜的自组装结构非常重要,因为它可以为细胞提供物质的进出和能量输入等生命活动所必需的基础。

二、自组装的机理1.分子间相互作用自组装的机理主要是分子间相互作用的结果,包括静电作用、氢键作用、疏水作用等。

当分子间的相互吸引力大于互斥力时,分子会聚集在一起形成有序的结构。

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

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。

生物大分子的组装与自组装过程研究

生物大分子的组装与自组装过程研究

生物大分子的组装与自组装过程研究生物大分子是复杂的有机物质,如蛋白质、核酸和多糖等,它们在生物体内发挥着重要的作用。

这些大分子不仅具有稳定性和可控性,还可以发挥自组装的性质,形成更复杂的结构,从而实现更多样的功能。

生物大分子的组装过程包括两个部分:一是大分子的拼接组装,以形成更大的结构单元,二是大分子的自组装过程,以形成具有特定结构和功能的超分子结构。

对于蛋白质而言,其组装的过程非常复杂,包括蛋白质的折叠和组装成完整的蛋白质分子。

蛋白质的折叠是一种自组装过程,可以通过蛋白质中的氨基酸序列确定其折叠形态。

而蛋白质分子的组装,则是指两个或多个蛋白质分子相互作用,形成更大的蛋白质结构,如酶与底物的互作。

在这个过程中,各种非共价相互作用,如氢键、静电作用、疏水作用等,对于蛋白质的组装都起着重要的作用。

对于核酸而言,其组装的过程比较简单,在细胞内部,核酸主要存在于单链形式。

当两条互补的单链核酸靠近时,它们会通过氢键等相互作用形成双链DNA。

而在核酸和蛋白质结合时,则是通过一些特定的序列结合到蛋白质上。

多糖的组装和自组装过程也比较复杂。

多糖由大量的单糖组成,它们通过不同的化学键结合在一起,形成多种不同的多糖结构。

与蛋白质和核酸不同,多糖的自组装过程并不是线性的,而是可以通过多种方式形成复杂的三维结构。

在生物体内,生物大分子的组装和自组装过程都是高度有序的,这种有序性对于生命的存在和展现有着关键的作用。

因此,对这些过程的深入研究,不仅可以为生物大分子的功能研究提供新的途径,同时还可以为人类创造功能性的新材料和新技术提供借鉴和启示。

尽管在生物大分子的组装和自组装过程中存在着种种复杂因素,如环境、生化反应、非均相体系等,仍然有许多研究者在不断努力着,期望探索严谨的科学方法和计算模拟手段,以推动这一领域的发展。

在新的科学技术和理论的不断涌现下,未来生物大分子的组装和自组装过程将会得到更加深入和全面的研究,并为人类带来更多的惊喜和创新。

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

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。

分子自组装和自组装体的研究进展与应用

分子自组装和自组装体的研究进展与应用

分子自组装和自组装体的研究进展与应用自组装是一种自然现象,在自然界中存在着一些非常有趣的自组装体。

分子自组装是自组装现象的一个重要部分,指的是分子之间的相互作用和组合,形成新的分子结构。

近年来,分子自组装和自组装体的研究进展极大地推动了材料科学和生物科学的发展,并衍生出了一系列的应用。

分子自组装的发现以及研究对于材料科学和生物科学都有着重要的意义。

分子自组装是分子之间相互作用的结果,分子之间存在着相互吸引和排斥的力。

当这些力达到一定程度时,分子之间就会发生自组装的现象。

分子自组装可以分为两类,一类是同种分子之间的自组装,称为非共价的自组装;另一类是不同种分子之间的自组装,称为共价的自组装。

在非共价的自组装中,分子之间通过范德华力、静电作用、氢键等相互作用来组合,形成二维、三维的分子有序结构。

通过非共价的自组装,可以制得出一系列分子材料,包括金属有机框架材料、高分子材料、氢氧化物纳米管等。

金属有机框架材料是一种新型的多孔材料,具有极高的比表面积和孔径大小可控性,有着广泛的应用前景。

高分子材料通过自组装可以形成一些比较有规律的多孔结构,这些结构在分离、储能、药物控释等方面有着重要的应用。

氢氧化物纳米管是一种类似于碳纳米管的材料,具有良好的导电性、机械性和化学稳定性,是一种非常有前景的纳米材料。

在共价的自组装中,分子之间通过化学键连接来组合形成新的分子结构。

共价自组装主要应用在仿生材料、生物传感器以及分子计算机等领域。

仿生材料是一种模仿自然形态的材料,是通过分子自组装的方式得到的材料。

仿生材料在表面纳米结构、超分子材料以及智能材料方面有着广泛的应用。

生物传感器是一种高灵敏度的检测系统,可以通过生物分子识别和信号转换来对环境中的化学物质进行检测。

分子计算机是一种基于分子自组装实现的计算机系统,具有极高的计算速度和存储密度。

除了在材料科学和生物科学领域中有着广泛的应用,分子自组装和自组装体的研究还推动了一些基础科学的发展。

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。

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大分子自组装研究的进展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间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。

自20世纪90年代起,大分子自组装就引起了国际学术界广泛的研究兴趣。

除了嵌段共聚物外,人们陆续发现均聚物、齐聚物、离聚物、无规共聚物及接枝共聚物等都可作为“组装单元”,在一定条件下,通过各种弱相互作用(疏水、氢键、静电作用力等),自发形成形态多样的超分子有序结构。

自组装体形成之后,通过化学修饰的方法,可使其形态“永久”保持。

目前,大分子自组装已被视为构筑具有规则结构功能性纳米材料的主要途径之一生’〕作为一种“软物质”,高分子纳米材料具有广泛的潜在应用价值,比如可用作涂料、药物输送载体、纳米反应器、污水处理剂或作为合成规整结构纳米材料的模板等〔z.;l。

获得大分子自组装体的常规途径是嵌段共聚物在选择性溶剂中胶束化,该过程的驱动力来自于某一链段的疏水性。

近几年来,涌现出多种多样构建大分子自组装体的新途径,大大扩展了高分子胶束化的研究领域。

1超分子体系20世纪30年代,德国Wolf等创造了“超分子’一词,用来描述分子缔合而形成的有序体系.1978年,法国fxhn等超越主客体化学的研究范畴,首次提出了“超分子化学’这一概念,他指出:“基于共价键存在着分子化学领域,基于分子组装体和分子间键而存在着超分子化学’,这无疑是一次重大的思想飞跃.此后经过近20多年的快速发展,超分子化学己远远超越了原来有机化学主客体体系的范畴,形成了自己的独特概念和体系:如分子识别、分子自组装、超分子器件、超分子材料等.在与生物、物理等其它学科的交义融合中,超分子化学己经发展成了超分子科学,被认为是21世纪新概念和高新技术的一个重要源头}s,e.以分子识别为基础、分子自组装为手段、组装体功能为口标的超分子科学体系研究的领域主要包括:超分子体系的反应J性、层状超分子自组装、界而超分子自组装、聚合物自组装、纳米超分子材料等.未来超分子体系的特征将体现为:信息性和程序性的统一,流动性和可逆性的统一,组合性和结构多样性的统一.2分子自组装分子自组装是自然界的一个普遍现象.许多生物大分子如DNA、病毒分子和酶等都是通过自组装过程,形成高度组织、信息化和功能化的复杂结构.在化学领域,分子自组装也是普遍存在的,如.b,体生长、液.b,形成、人工脂质双层的自发生成、金属配位化合物的合成、分子在表而上的有序排列等.分子自组装是指分子与分子之间靠非共价键作用力(包括库仑力、范德华力、疏水作用力、兀一兀堆叠作用力、氢键)形成具有一定结构和功能的聚集体的过程.该过程是自发的,不需要借助于外力}},HI.分子自组装的物理本质是永久多极矩、瞬时多极矩、诱导多极矩三者之间的相互作用.有两大类分子自组装:静态自组装和动态自组装,它们的区别主要在于是否涉及能量耗散.口前,大多数自组装的研究都集中在静态自组装.动态自组装涉及能量耗散,尚处于研究的初级阶段1I.分子自组装与定位组装不同,在定位组装过程中,人工对各个分子的安置具有相对较大的控制能力,在分子自组装中,分子的安置和排列可能跟定位组装一样重要,但是,一旦组装开始以后,其过程很大程度上由自然控制.形成分子自组装体系有两个重要的条件}iol:自组装的推动力及导向作用.非共价键的弱相互作用力维持了自组装体系的结构稳定性和完整性.一般而言,营造分子自组装体系主要有三个层次:第一,通过有序的共价键,首先结合成结构复杂的、完整的中间分子体;第二,由中间分子体通过非共价键的协同作用,形成结构稳定的大分子聚集体;第三,由一个或几个分子聚集体作为结构单元,多次重复自组织排列成有序分子组装体.超分子体系中的相互作用多呈现加和与协同性,并具有一定的方向性和选择性,其总的结合力可以不亚于化学键.分子识别就是这种弱相互作用结合的体现,它是形成高级有序分子组装体的关键.同时,大多数超分子体系还具有一个附加特征:它们具有内部调整能力以便进行错误校正,这是通常纯粹共价体系所达不到的.人们对自组装本质的探索己经从狭义的非共价作用的溶液分子自组装范畴扩展到物质世界的各个层次,分子自组装过程的研究将是超分子科学的中心课题之一。

3分子自组装在超分子体系中的重要性众所周知,正是在分子自组装的基础上,发展起了超分子科学i},}i.在超分子科学领域,“组装’的重要性就如同分子化学中的‘合成’一样,因而分子自组装在超分子体系中具有非常重要的作用和地位.2002年春季,关国的<<Scienc>>和<<Pmceedings of the National Academy of Sc:ienc:es of the United States of Americ>>先后都出了“超分子化学与自组装’的专刊.另外,检索从1997年至今的《Science),关于‘分子自组装,己经出现两百多条,并且呈现逐年上升的趋势,内容大都与超分子组装体系紧密相关.可见分子自组装在超分子体系里的研究不仅具有重要的学术意义,而且具有广泛的技术应用前景.4影响自组装体系形成的因素4.1分子识别分子自组装的中心是分子识别。

只有通过分子识别,超分子自组装体系才能表现出特定的功能·分子识别可定义为某给定受体(receptor)对作用物(substrate)或给体(donor)选择性结合并产生某种特定功能的过程。

它包含两方面的内容:一是分子间有几何尺寸、形状上的相互识别;二是分子对氢键7T}T相互作用等非共价相互作用的识别。

有机分子的结晶过程被认为是分子识别最为准确和典型的实例。

有机分子晶体是上百万个分子通过极其准确的相互识别自我构造的组装体。

自然界中有两种类型的自组装,一种叫热力学自组装,如雨滴,它呈现出能量稳定性最大的形式;另一种由生命体所体现,叫编码自组装,即有机分子自组装成有一定功能的组织器官的过程。

在后一过程中,控制组装次序的指令信息就包含于组分之中,信息传递靠分子识别进行,错误的信息传递就会使形成的自组装体系出现功能缺陷。

因而分子识别是极其重要的。

4.2组分在自组装领域中用的分子构造块的类型如下: (1)类固醇骨架、线性和支化的碳氢链、高分子、芳香族类、金刚烷;( 2)金属酞著、双(亚水杨基)乙二胺配合物;(3)过渡金属配合物。

4.3溶剂绝大多数对自组装体系的研究都是在溶液中进行的,因而溶剂对自组装体系的形成起着关键作用。

溶剂的性质及结构上的微小变化可能会导致自组装体系结构重大改变. 如bluest等发现,若自组装以氢键为主要驱动力,则任何破坏氢键作用的溶剂同样会破坏组分的自组装能力。

4.4热力学平衡由于非共价相互作用比共价相互作用小的多,因而自组装体系在多数情况下很不稳定。

但生物分子自组装体系是稳定化的,因为其内部的能量分散结构在热力学上是平衡的。

因此,对于人工的分子自组装体系,为了达到依靠大量的非共价相经作用把超分子结构稳定下来的目的,科学家已提出了一些促进较小的自组装超分子体系稳定化的方法。

(1)提高非共价相互作用的强度。

这一点可通过选择合适的溶剂来达到。

例如,若组分间主要是憎水相互作用,那么自组装过程最好在水溶液中进行。

反之,氢键和静电相互作用在从配极质子惰性溶剂(apolar aprotic solvent)中最强,如CH3C1。

但某一特定相互作用的大小并不仅仅依赖于溶剂等环境条件。

如氢键的强度还直接与质子供体及受体的结构及其空间相对取向有关。

(2).把自组装形成的超分子聚集体从溶剂中分离出来,避免它在溶剂中解离为单独的组分。

(3)使某一组分过量,促使自组装过程进行到底。

但过量组分不能扰乱或破坏体系的功能活性。

5大分子间形成自组装体系的前景展望目前的研究都采用小分子作为自组装体系的组分,尚未见到大分子自组装体系的研究报道。

有一部分学者在研究由分子间的特殊相互作用而导致的高分子相容体系的过程中,提出了polymercomplex, interpolymer comple、的概念。

这一认识尽管尚未上升到大分子自组装的水平上,但他们的工作或许是高分子自组装体系研究的前奏曲与奠基石。

以下对聚合物聚集体(polymerplex)研究领域的近期进展作一简要综述。

ISas 研究了不同水解程度、不同序列分布的醋酸乙烯醋-乙烯醇共聚物的氢键自组合与序列分布间的关系。

研究表明,嵌段共聚物有利于O H }--}0 H的氢键自组合,无规共聚物中,O H }--}0 H与O H }--}C 0氢键自组合发生竞争。

但O H }--}C 0氢键自组合发生在相邻重复单元之间,这导致形成具有高度热稳定性的环形结构。

Dais发现,苯乙烯一乙烯醇共聚物与聚(N一甲基召一乙酞胺)可以形成分子间聚集体,这取决于溶剂的性质及所添加的共聚组分(feed component)·若以甲乙酮为溶剂,则二者在所有的共聚组分内都可形成聚集体;以THF为溶剂,只有当苯乙烯-乙烯醇共聚物中的共聚组分较多时,二者才能形成聚集体。

LeiVa发现,聚乙烯基毗咯烷酮(PVP)与聚甲基衣康酸(PM MeI)之间可形成聚集体(interpolymer complex)·动态光散射的分析表明,氢键及憎水相互作用是聚集体形成的驱动力。

Cesterzteros对此体系也进行了研究,他发现PVP的PMMeI间聚集体的形成依赖于溶剂及组分的比例。

例如以甲醇为溶剂,PVP与PMMeI的化学计量比为1:1时,PVP与PMMeI才能形成聚集体。

T suchide将PEO与PMAA水溶液混合后立即沉淀,得到白色的聚合物聚集体。

分析表明,醚键上的氧与梭酸基团间通过协同作用形成了氢键,形成氢键的数目及聚集体的稳定性强烈依赖于链长、温度及介质。

聚集体结构的焙变及嫡变,噜水相互作用对聚集体的稳定性而言也是非常重要的因素。

I}uleznev} }4〕对大分子组合(ssociation}现象的研究表明,大分子组合的增加影响了聚合物混合物中网络的形成,在机械应力作用或加入溶剂溶剂化后,分子组合消失。

上述这些聚合物聚集体都是靠氢键、库仑力或憎水相互作用在水溶液或有机溶剂中得到的。

这些相互作用在溶液中对温度、浓度、溶剂及聚合物键长很敏感。

但与融熔共混比较,聚合物分子在溶液中的相互作用更强。

分子自组装技术近年的发展十分迅速,国内外对自组膜、长链聚合物分子的有序组装、生物大分子定向识别组装等领域的研究很活跃,科学家已开始对分子自组膜进行应用研究,生物分子的定向组装研究也有重要进展。

可以预期,随着人们对这类体系的组成,A构劝能的关系的不断深入认识,分子自组装研究及应用的重要意义将为愈来愈多的研究工作者所认识。

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