【摘要】 单个大分子的构象对材料的各种宏观性质和功能起着重要作用。

单个大分子的构象对材料的各种宏观性质和功能起着重要作用。例如,高分子链缠结的构象动力学上对高分子材料的粘弹性能有很大影响,蛋白质、DNA等生物大分子的构象变化与生物系统中的各种功能紧密相关,因此高分子链的构象在理论和实践探究上均得到了广泛的研究。近年来,限制在超薄膜中的聚合物链的形态和动力学性能引起了科研者的关注。

 

超薄膜中受限的构象和流动性改变了热和机械性能。研究超薄膜中的链构象不仅有助于对高分子化学物理知识的深度理解,而且对高分子薄膜的更好应用也具有重要意义。先前研究已经表明,在限制的法线方向上的链尺寸不会因中子散射而从本体状态发生改变,分散方法测量系统中显示众多链的整体平均信息而没有关于单个链维度分布函数的详细信息;另一方面,具有纳米空间分辨率的显微镜技术的直接成像将直接可视化单链的构象。聚合物链的端到端之间的距离是通常用于衡量链尺寸的量度,现实系统中的聚合物链在三个维度上采用随机卷曲构象,并与周围的链缠绕在一起。

 

为了观察嵌在散装介质中的聚合物链,荧光标记技术是一种最有效的方法,尤其对于端间距的研究,荧光共振能量转移(FRET)方法已用于标记在聚合物链两端的染料分子之间的聚合物链。能量供体(D)和受体(A)分子之间的距离是通过荧光衰减曲线或光谱观察到的能量转移效率来评估的。然而,能量转移效率不仅受距离的影响,还受D和A分子跃迁时二者之间的角度影响。同时,超分辨率光学显微镜的最新发展使我们能够获得小于10 nm的高分辨率光学信息。对于在显微镜图像中观察为直径为200 nm圆点大小的单个染料分子,可以用纳米定位精度确定分子的位置。

 

这被称为FIONA(精度为一纳米的荧光成像),并已被用于讨论分子的平移运动。通过对单链上两个染料分子的超分辨率检测,已经实现了端间距的直接观察;然而,链维度的分布目前仍旧没有被定量地检查,还待探究。