大分子自组装研究的进展
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。
生物大分子自组装体的构建和应用研究
生物大分子自组装体的构建和应用研究自组装是一种让分子或物料能够自行构建起一定形状和尺度的方法。
生物大分子具有自组装的特性,具有很高的复杂度和可编程性,因此成为了新型材料及生物医学研究的热点。
本文将对生物大分子自组装体的构建和应用研究进行探讨。
一、生物大分子自组装体的构建1. 脂质体脂质体是一种由磷脂分子组成、具有液晶相结构的自组装体。
它具有良好的生物相容性和可控性,可以作为传递基因、药物和疫苗的载体。
脂质体的构建方法通常分为几种:直接溶解法、水相油乳化法、双封闭法和反转染法等。
2. 蛋白质纳米粒蛋白质纳米粒是一种由蛋白质分子构成的纳米自组装体。
它能够被设计成具有不同的形状和大小,用于合成药物载体和纳米传感器等。
构建蛋白质纳米粒的方法包括:静电交互作用、包覆化学药剂、生物酶催化和自组装等。
3. DNA纳米技术DNA纳米技术是一种通过DNA分子自组装来构建复杂结构的方法,它具有高度的可编程性和重复性。
DNA纳米技术可以用于合成纳米机器人、纳米传感器和纳米电路等。
构建DNA纳米结构的方法包括:DNA互补配对、导向自组装、DNA竞争性杂交和DNA催化等。
二、生物大分子自组装体的应用研究1. 药物输送生物大分子自组装体可以作为延缓、定向和靶向治疗药物的载体。
例如,通过将药物包裹在脂质体中,可以使药物在体内呈现持续稳定的血浆浓度,并且能够精确投递到感兴趣的靶标组织。
另外,蛋白质纳米粒和DNA纳米结构也能够作为药物载体,同时提高药物的药效和减少毒副作用。
2. 生物传感器生物大分子自组装体可以作为生物传感器的构建基础。
例如,将蛋白质纳米粒与荧光蛋白融合,能够用于检测细胞化学成分的变化,实现分子成像。
DNA纳米结构也能够利用DNA分子互补配对的特性,构建出不同的结构,用于检测特定的环境刺激。
3. 热稳定性生物大分子自组装体可以通过改变外部环境和材料组成,来增强它们的热稳定性。
例如,脂质体可以加入稳定剂、制备具有稳定性的纳米载体等。
生物大分子结构与功能研究进展
生物大分子结构与功能研究进展生物大分子是指具有高分子结构的生物分子,如蛋白质、核酸、多糖等。
这些分子的结构和功能十分复杂,对于深入了解生命机制以及开发新药具有重要意义。
本文将探讨近年来生物大分子结构与功能研究的进展。
1. 蛋白质结构与功能研究蛋白质是生物大分子中最复杂的一类分子,具有多种生物学功能。
近年来,随着各种先进技术的发展,人们对蛋白质结构与功能的研究有了更深入的认识。
首先,高通量结晶技术的发展使得蛋白质结构的研究取得了重大突破。
高通量结晶技术可以快速地并行筛选大量的蛋白质晶体,使科研人员可以更快地确定蛋白质结构,这对于大规模筛选新的药物靶点具有重要意义。
其次,人们发现蛋白质的结构与其功能息息相关。
例如,β-转酰胺结构域是一种常见的蛋白质结构域,参与了多种细胞信号转导和基因调控的过程。
在最近的研究中,人们发现这些β-转酰胺结构域的结构不仅决定其功能,还通过调节相邻区域的结构和功能来影响整个蛋白质的生物学功能。
另外,近年来人们也在研究如何利用蛋白质自组装或拆装来实现功能。
例如,有些蛋白质可以通过自组装形成二级和三级结构,而这些结构可以用于制备新型材料和药物。
此外,有些蛋白质还可以通过分子拆装来实现不同的生物学功能。
2. 核酸结构与功能研究核酸是生物大分子中最重要的一类分子,承担着生物信息传递的功能。
近年来,随着单分子荧光技术和高精度核磁共振技术的发展,人们对核酸结构与功能的研究取得了迅速进展。
首先,在单分子荧光技术的帮助下,人们可以实时地观察单个核酸分子在不同环境下的结构和功能。
这种技术在揭示DNA复制和修复、RNA转录和翻译等过程中发挥着重要作用。
其次,高精度核磁共振技术可以提供高分辨率的核酸结构信息,如二级结构和三级结构。
这项技术对于研究RNA疾病机制和设计RNA药物具有重要作用。
3. 多糖结构与功能研究多糖是含有多个糖基的生物高分子。
它们广泛存在于生物体内,具有多种生物学功能。
近年来,人们对多糖结构与功能的研究重点在于探索多糖与宿主免疫系统的相互作用机制。
生物大分子超分子自组装的研究
生物大分子超分子自组装的研究在化学、物理学和生物学等学科的交叉领域中,自组装技术是一种热门研究方向。
生物大分子超分子自组装是自组装技术中的重要分支,主要研究生物大分子在特定的溶液条件下,通过自然的相互作用(如氢键、范德华力、电荷作用等)形成具有特定结构和特定功能的分子超结构。
生物大分子超分子自组装领域囊括了许多研究方向,如蛋白质自组装、核酸自组装、糖自组装等。
这里我们以蛋白质超分子自组装为例,着重介绍该领域的研究进展。
蛋白质超分子自组装的研究蛋白质是生物大分子中最为重要和复杂的一类分子,是构成生命现象的基本元素。
蛋白质的自组装是形成各种蛋白质超分子的基础。
在自然界中,蛋白质超分子在生命进程中发挥着重要的作用,如细胞膜中的蛋白质超分子组成了复杂而高效的信号转导网络,肌肉收缩是由多肌球蛋白超分子自组装构成的。
蛋白质超分子的自组装研究也是当今科学界备受关注的热点研究领域之一。
通过对蛋白质超分子的自组装行为研究可以帮助我们更深入地理解蛋白质的功能和结构以及蛋白质与其他分子之间的相互作用,为药物研发、生物技术及生物材料等领域提供新的思路和技术手段。
目前,蛋白质超分子自组装的研究核心是如何控制蛋白质自组装的过程,并通过构建具有特定结构和特定功能的蛋白质超分子,实现针对特定生物体系的相关功能。
其中,通过合理设计基序序列和控制溶液环境参数以及人工修饰和构建等手段来控制蛋白质自组装是目前最为常见的方法。
蛋白质超分子自组装的应用随着蛋白质超分子自组装研究的不断深入,科学家们发现自组装技术可以在许多领域中得到应用和拓展,包括生物医学、生物传感、催化等。
其中,利用蛋白质超分子自组装构建纳米传感器可以在疾病检测、环境监测等领域中发挥重要作用。
例如,利用蛋白质超分子自组装技术可以构建出特定对某种疾病或某种物质敏感的传感器,并通过改变传感器的光学、电学、磁性或化学性质,实现对目标物质的高效、高灵敏检测。
此外,蛋白质超分子自组装还被广泛应用于生物医学领域。
超分子自组装的研究进展
超分子自组装的研究进展超分子自组装是一种以分子为基础的多级结构组装过程,其研究涉及到化学、生物和材料科学等领域。
近年来,超分子自组装研究在材料领域的应用取得了快速发展,成为了新型材料研发的重要方向。
本文将从理论、实验等方面系统介绍超分子自组装的研究进展。
一、理论的研究进展随着计算机技术的不断发展和完善,理论计算成为了研究超分子自组装的重要手段。
近年来,科学家们不断研究和发展了一些计算模型和方法,以便更好地了解和预测超分子自组装的行为。
例如,基于分子动力学模拟的方法,科学家们可以通过计算机模拟来预测不同物质的自组装行为,进而开发新的材料。
同时,一些基于化学反应动力学模型的研究也为超分子自组装的理论研究提供了重要的帮助。
这些研究为实验提供了重要的指导和启示,有助于更好地理解超分子自组装所涉及的物理和化学过程。
二、超分子自组装在材料领域的应用超分子自组装可以帮助生成各种各样的有序结构,这些结构具有独特的物理和化学性质,并且在许多领域都有广泛的应用。
例如,在能量转换和储存方面,超分子自组装材料可用于制造高效电池和超级电容器。
在通信和光学应用领域,超分子自组装可以用于制造高效的光电器件。
此外,超分子自组装还可以用于制造纳米粒子,并制备一些高性能的材料。
三、超分子自组装的实验研究实验研究是了解超分子自组装行为的重要途径之一。
过去的研究表明,许多有机和无机分子都可以通过自下而上的方式自组装成为一些具有规则结构的纳米级物质。
与此同时,该研究还进一步证明,这种自组装行为不仅可以在单分子水平上发生,而且在高分子、生物大分子和纳米颗粒等不同种类的物质中也存在着普遍的应用。
例如,通过配制交替堆积的螺旋行列式,可以形成一些纳米级疏水管道,这种结构可以在分离分子时发挥极好的效果。
此外,许多具有优良机械性能的材料,也可以通过自组装的方式实现。
总的来说,超分子自组装因其独特的结构和性质,在材料科学等领域有着广泛的应用前景。
未来的研究需要继续深入探究其内在机制和规律,以实现更好的材料突破和应用。
多肽自组装材料的制备与应用前景展望
多肽自组装材料的制备与应用前景展望自组装材料是一种将分子或纳米材料通过非共价相互作用组装成有序结构的方法,具有独特的性质和广泛的应用前景。
多肽自组装材料作为一种重要的自组装材料,具有许多优势,如生物相容性、可调控性、生物功能性以及可持续性等,因此在生物医学、纳米技术和材料科学等领域具有巨大的应用前景。
本文将从多肽自组装材料的制备方法、研究进展与应用前景进行探讨。
一、多肽自组装材料的制备方法多肽是由氨基酸组成的生物大分子,具有丰富的结构和功能。
多肽自组装材料的制备方法可以通过调控多肽序列、溶液条件和外界刺激等来实现。
以下是几种常见的多肽自组装材料的制备方法。
1. 静电相互作用:多肽的氨基酸残基带有正电荷或负电荷,可以通过调节pH值来改变多肽的电荷状态,从而利用静电相互作用实现自组装。
例如,正电荷的多肽可以与负电荷的多肽形成稳定的自组装结构。
2. 氢键作用:多肽中氨基酸残基之间可以通过氢键相互作用来实现自组装。
氢键作用是一种弱相互作用力,但多肽的氢键相互作用可以积累到足够的数量,从而形成稳定的自组装结构。
3. 疏水效应:多肽中的某些氨基酸残基是疏水性的,他们通常趋向于互相挤出水分子而聚集在一起。
通过调节多肽的序列和疏水性氨基酸残基的数量,可以实现疏水效应引导的自组装。
这种自组装结构在药物传递和材料表面涂层方面具有重要应用。
二、多肽自组装材料的研究进展多肽自组装材料的研究进展主要体现在以下几个方面。
1. 结构调控:通过调节多肽的序列和溶液条件,可以控制多肽自组装材料的结构和性质。
例如,改变多肽序列中的亲疏水性氨基酸残基的比例可以调节自组装材料的疏水性和生物相容性。
2. 功能化改性:通过引入功能性基团或化学改性,可以赋予多肽自组装材料更多的功能。
例如,将多肽与药物分子结合,可以实现多肽自组装材料在药物传递方面的应用。
3. 多功能性:多肽自组装材料具有可调控性和多功能性。
通过将不同的多肽组装在一起,可以构建具有多种功能的自组装材料。
生命过程中的自组装现象和自组织结构研究
生命过程中的自组装现象和自组织结构研究生物体是自然界中最具有复杂性和多样性的存在之一,其高度有序的结构和完美的功能组合,是由结构单元的自组装和自组织所构建的。
自组装是指物质分子在特定的条件下通过化学反应或物理作用,自行组合成具有特定结构和性质的超分子结构,而自组织则是由多个自组装单元之间存在相互作用和调控,形成复杂的层次结构。
因此,生命过程中的自组装现象和自组织结构研究被认为是生命科学研究的重要方向之一。
一、自组装自组装是自然界中一种常见的现象,不仅存在于生物体内部,还存在于生物体周围和人工体系中。
生物体内部的蛋白质和核酸等大分子,都是由小分子单元自组装成的,从而构建出各自的三维结构。
此外,细胞膜也是由脂质分子自组装形成,具有高度的组织结构和特定的生物功能。
在自然界中,晶体的自组装也是一种常见的现象。
晶体的自组装是由晶体生长过程中的分子间吸引力和排斥力所决定的,其三维结构高度有序,具有优异的理化性能,因此在工业、材料和医药等领域具有广泛的应用前景。
在人工体系中,自组装作为一种绿色化学合成方法,不仅可以减少有机合成中产生的废弃物和环境污染,还可以将分子结构精确定向到纳米或甚至更小的尺度,从而实现纳米材料的精确控制。
此外,自组装还可以产生新的物理化学性质,例如超支化和催化作用等。
因此,自组装成为了人工制备新型材料的重要手段。
二、自组织自组织是自组装的进一步发展,其形成的结构和功能更加复杂多样,常见于细胞内的高级结构、器官和器系等生物体系。
在生物体系统中,单一分子的自组装往往只能形成有限的高级结构,而由多种组分之间存在的相互作用和调控,则可以形成高度有序的分子组装体,例如细胞核和胞质中的复合物、细胞骨架和微粒组织等。
此外,在群体行为和集体智慧研究中也涉及到了自组织的问题。
昆虫和鸟类等集群生物在出现很高程度群体结构的同时,又不需要集中的指挥,在进化过程中不断地得到优胜和适应。
在人工体系中,自组织可用于构建自主控制的智能界面和智能材料,具有广泛的应用前景。
生物大分子的自组装和结构研究
生物大分子的自组装和结构研究生物大分子是生物体内重要的基础结构和功能性分子。
它们包括蛋白质、核酸、多糖和脂类等化合物。
在生物体内,这些大分子通过自组装形成了具有复杂结构和多种功能的生物大分子组装体。
因此,理解生物大分子的自组装和结构对于揭示生命现象和发展新型生物质材料具有重要作用。
一、生物大分子的自组装生物大分子的自组装是指分子在一定条件下自发地结合成特定的结构,形成组装体的过程。
自组装是由分子间的非共价作用(如范德华力、氢键和疏水相互作用等)驱动的。
这些作用可以导致分子之间的相互作用,从而影响分子的结构和构象,最终导致形成不同的组装体。
在生物体内,许多生物大分子都可以通过自组装形成复杂的超分子结构。
例如,蛋白质可以形成具有不同功能和结构的复合物、聚合物、纤维和晶体等结构;核酸可以形成双螺旋结构和各种形态的单链、双链和三链核酸组装体;多糖可以形成凝胶、纤维和胶体等结构。
这些复杂的结构为生命现象的出现和维持提供了基础。
二、生物大分子的结构研究生物大分子的结构是指分子内部的排列和分子间的排列等空间结构。
有关生物大分子结构研究的方法主要包括X射线晶体学、核磁共振、电子显微镜、质谱和荧光光谱等。
其中,X射线晶体学是目前研究生物大分子结构最为重要的手段之一。
通过X射线晶体学,生物大分子结构可以被精确地解析。
首先,将生物大分子制成单晶体,然后通过对单晶体进行X射线衍射测量并根据衍射图解析出原子的位置,从而确定分子的结构。
通过这种方法,已经解析了许多生物大分子结构,如蛋白质、核酸和多糖等。
此外,电子显微镜也是研究生物大分子结构的重要手段。
与X射线晶体学不同,电子显微镜适用于非晶态生物大分子结构的研究。
通过电子显微镜,可以观察到高分辨率的生物大分子的形态和排列,为揭示生物大分子自组装和功能机制提供了非常有价值的信息。
三、生物大分子自组装和结构在生物医学、生物材料等领域的应用生物大分子自组装和结构已经在生物医学、生物材料等领域得到广泛应用。
生物大分子的自组装和自组装驱动力研究
生物大分子的自组装和自组装驱动力研究自组装是自然界中最普遍的一种现象,许多物质都能通过自组装形成具有特定功能的自组装体。
尤其对于生物大分子来说,自组装是其发挥生物学功能的重要过程之一,如DNA的自组装是构建生命体系的重要基础。
因此,生物大分子的自组装及其驱动力研究具有极为重要的科学价值。
本文将从以下几个方面进行分析:一、生物大分子的自组装表现形式生物大分子的自组装表现形式十分多样,包括蛋白质、核酸、碳水化合物等。
下面以蛋白质自组装为例介绍。
蛋白质自组装主要表现为蛋白聚集,特别是在细胞膜上的蛋白聚集能够形成许多功能结构,如离子通道和受体等。
这些结构的形成是通过蛋白质分子间的非共价相互作用来实现的。
这些相互作用包括范德华力、静电相互作用、氢键等,同时还包括一些更加复杂的相互作用方式,如亲和作用和协同作用等。
这些相互作用不仅仅是简单的物理互作用,还涉及到分子间的化学变化和某些细胞因子的介导作用等多个方面的综合作用。
二、生物大分子自组装驱动力的研究研究生物大分子自组装驱动力对于了解其自组装规律、分子间相互作用等具有十分重要的意义。
传统的当代生物化学研究手段主要是结构生物学和生物物理学等技术手段,而这些手段的发展也为生物大分子中的自组装驱动力研究提供了更加完善的技术保障。
其中,结构生物学技术包括分子动力学模拟、X射线和核磁共振等技术;生物物理学的手段包括光学和纳米技术等。
利用这些技术手段,可以对生物大分子的自组装过程进行研究,进而探究其自组装驱动力。
目前,对生物大分子自组装驱动力的研究主要集中在两个方面:一是研究生物大分子的分子构建基本规律,如氨基酸序列和蛋白质结构对自组装的影响;二是研究外界环境对自组装的影响,如温度、pH值等。
三、自组装在生物医药中的应用自组装不仅仅是生物大分子出现的自然现象,也可以通过一定的人工手段实现。
这种人为自组装可以用于生物医药领域中的药物设计、靶向输送等。
例如,一些利用人造纳米材料进行的自组装研究已经被应用于药物输送。
生物大分子自组装行为的研究进展
生物大分子自组装行为的研究进展生物大分子的自组装行为是现代生物学和材料科学中的热点问题之一。
自组装是指在一定条件下,自然界中存在的分子之间通过各种力学、电化学、热力学和热动力学等力量作用,形成不同的自组装结构。
这种结构既可是简单的分子聚集体,也可是复杂的超分子结构。
随着研究的深入,越来越多的生物大分子自组装结构被发现,这些结构不仅具有重要的物理化学功能,而且在细胞生物学、药物开发以及材料科学等领域也具有广泛的应用前景。
1. 蛋白质自组装行为蛋白质是生命活动中不可缺少的重要分子。
由于其独特的氨基酸序列和三维结构,使得不同蛋白质之间存在着不同的自组装行为。
近年来,研究表明蛋白质自组装结构不仅在细胞内发挥着重要的生物学功能,而且在材料科学中也有着广泛的应用前景。
例如,β-淀粉样蛋白(amyloid beta,Aβ)是一种由42个氨基酸组成的蛋白质,在老年人中与阿尔茨海默病(Alzheimer's disease,AD)的发病有关。
研究表明Aβ可以通过自组装形成β-淀粉样纤维(amyloid fibril),这种结构是阿尔茨海默病的主要特征之一。
此外,在生物合成纳米材料、制造新型纳米复合材料等方面,蛋白质的自组装也发挥着重要的作用。
2. DNA自组装行为DNA是生命活动中有机物质的重要组成部分。
在缺水条件下,DNA分子可以自组装成为多种不同的结构,例如DNA四链相互打结(DNA quadruplex)、DNA双链交叉(DNA catenane)等。
这些自组装结构不仅具有相关的生物学功能,而且在DNA计算、纳米器件制造等方面也有着广泛的应用前景。
例如,在DNA计算领域,研究人员使用DNA分子的自身结构和相互作用来构建分子计算器,可以进行高效的计算和信息存储。
此外,在纳米器件制造中,DNA分子的自组装结构为构建具有特定形状和大小的纳米结构提供了重要的途径。
3. 糖自组装行为糖类分子是生物大分子中的重要组成部分。
生物大分子的自组装及其应用研究
生物大分子的自组装及其应用研究自组装是自然界中普遍存在的一种现象,生物大分子的自组装在自然界中占据着非常重要的地位。
生物大分子的自组装是指在一定条件下大分子之间的相互作用使得它们自行组成有规律的、复杂的空间结构的过程。
生物大分子的自组装在生物体内起着重要的生理和生化作用,并在医学、材料学、纳米技术等领域有着广泛的应用。
生物大分子的自组装包括蛋白质的折叠、核酸双链的组装和膜蛋白的聚集自组装等。
其中,蛋白质的折叠是生物大分子自组装中最为复杂和重要的一种形式。
蛋白质的折叠是指在其自身特定的氨基酸序列、环境条件和辅助因子的作用下,分子链自行获得一种稳定的、高度规则的三维结构。
蛋白质的折叠是生命现象中最为奇妙和神秘的之一,也是现代生物学、生物化学和分子生物学研究的重要课题之一。
在蛋白质折叠中,通常存在两种不同类型的结构:原生质和初级质。
原生质是指蛋白质链自发地折叠成的结构,通常是一个具有高度规则、可逆的、非常稳定的三维结构。
初级质是指蛋白质链在原生质的基础上,通过一定的结构假说或者稳定因素的作用,形成了更为复杂的结构。
在生物大分子自组装中,膜蛋白的聚集自组装也十分常见。
生物膜是由膜蛋白和磷脂双分子层组成的,其中膜蛋白是起着结构支撑和功能调节作用的蛋白质。
膜蛋白的聚集自组装是指在生物膜内部,大量膜蛋白根据其特殊的结构和功能手段,在不同的环境中自行组织、聚集成为不同的结构和功能的膜结构。
生物大分子自组装在许多领域都有着广泛的应用,尤其是在材料学、医学和纳米技术领域。
在材料学领域,生物大分子自组装被用作开发和合成新型的材料。
例如,利用自组装技术制备的功能材料具有高度规则和无序性共存的特点,这种特点对于材料结构形成和性能修饰都有着重要的意义。
在医学领域,生物大分子自组装被用来合成新型的药物载体以及细胞成像等研究。
例如,脂质体就是一种利用膜蛋白的聚集自组装制备的药物载体。
这种药物载体具有高度规则和可逆性,可以改善药物的生物利用度和特异性,并且对人体组织和细胞有较好的生物安全性。
分子自组装研究进展_刘海林
第22卷 第2期V ol 122 N o 12材 料 科 学 与 工 程 学 报Journal of Materials Science &Engineering总第88期Apr.2004文章编号:10042793X (2004)022*******收稿日期:2003209210;修订日期:2003210220作者简介:刘海林(1979-),男,天津蓟县人,硕士研究生,从事有机无机杂化高分子的研究.分子自组装研究进展刘海林,马晓燕,袁 莉,黄 韵(西北工业大学化学工程系,陕西西安 710072) 【摘 要】 分子自组装在生物工程技术上的建模、分子器件、表面工程以及纳米科技领域已经有很广泛的应用。
在未来的几十年中,分子自组装作为一种技术手段将会在新技术领域产生巨大的影响。
在这篇文章里,我们介绍了分子自组装技术的定义、基本原理、分类、影响因素、表征手段等,并阐述了分子自组装技术目前的研究进展,展望了分子自组装技术的应用前景。
【关键词】 分子自组装;自组装膜中图分类号:T B383 文献标识码:AMolecule Self 2assembly T echnology and Its R esearch AdvancesLIU H ai 2lin ,MA Xiao 2yan ,YUAN Li ,HUANG Yun(Dep artment of Chemical E ngineering ,N orthw estern Polytechnical U niversity ,Xi ’an 710072,China)【Abstract 】 Numerous self 2assembling systems have been developed ranging from m odels to the study of biotechnology ,to m olecularelectronics ,sur face engineering ,and nanotechnology.As a fabrication tool ,m olecular self 2assembly technology will become remendously im portant in the coming decades.In this article ,many aspects of m olecule self 2assembly technology are reviewed ,such as definition ,interaction mechanism ,classification ,in fluence factors ,and characterization.S ome research advances and uses of self 2assembly are als o reviewed.【K ey w ords 】 self 2assembly ;self 2assembled m olecular m onolayer1 前 言分子自组装是分子与分子在一定条件下,依赖非共价键分子间作用力自发连接成结构稳定的分子聚集体的过程[1]。
大分子自组装新途径的研究进展
大分子自组装新途径的研究进展
王新红;张春庆;冯钠;王玉荣;李杨
【期刊名称】《石油化工》
【年(卷),期】2008(037)012
【摘要】综述了近几年关于大分子自组装途径的研究进展,根据胶束化驱动力的不同,按氢键、静电作用、外界条件变化(温度、化学变化或包结络合作用)及刚性链诱导4个方面介绍了实现大分子自组装的新途径,对大分子自组装的原理及过程进行了介绍,并对自组装体的结构特点及应用前景进行了评述.新的大分子自组装前体的合成方法及自组装途径的研究、对大分子自组装体进行化学修饰以及大分子自组装体的应用研究是大分子自组装研究的主要发展方向.
【总页数】8页(P1320-1327)
【作者】王新红;张春庆;冯钠;王玉荣;李杨
【作者单位】大连理工大学,高分子材料系,辽宁,大连,116023;大连工业大学,化工与材料学院,辽宁,大连,116034;大连理工大学,高分子材料系,辽宁,大连,116023;大连工业大学,化工与材料学院,辽宁,大连,116034;大连理工大学,高分子材料系,辽宁,大连,116023;大连理工大学,高分子材料系,辽宁,大连,116023
【正文语种】中文
【中图分类】TQ050.43
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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。