超親水聚合物分子
關注創建者：匿名 創建時間：2021-08-04
超親水聚合物分子的實例教程
【科研摘要】
分子間的氫鍵密度嚴重影響氫鍵合的超分子聚合物水凝膠的凝膠化和流變行為，因此提供了一條微妙的途徑來調整其理化性質，以滿足特定的生物醫學應用。最近，
天津大學
楊建海/劉文廣教授
團隊
引入了
N-丙烯酰基甘氨酰胺（NAGA）側鏈中兩個酰胺之間的一個亞甲基間隔基，以生成變體單體N-丙烯酰基丙氨酰胺（NAAA）。
NAAA在水溶液中的聚合提供了前所未有的超軟和高度溶脹的超分子聚合物水凝膠，這是由于額外的亞甲基間隔基導致的H鍵弱化所致
，這一點已通過變溫傅里葉變換紅外（FTIR）光譜和模擬計算得到了驗證。有趣的是，
可以調節聚（N-丙烯酰基丙氨酰胺）（PNAAA）水凝膠以形成具有自融合和出色的防污能力的瞬態網絡，這是由于弱的雙酰胺H鍵相互作用和增強的水酰胺H鍵相互作用導致的。
這種自融合的PNAAA水凝膠可以完全抑制體內粘連后的術后腹部粘連和復發性粘連。這種短暫的水凝膠網絡可使其分解并從體內排泄。分子機理研究揭示了PNAAA水凝膠抑制炎癥反應和調節纖溶系統平衡的信號途徑。這種自融合，防污的超軟超分子水凝膠有望作為一種屏障生物材料來完全防止術后組織粘連。
相關論文以題為
An Ultrasoft Self‐Fused Supramolecular Polymer Hydrogel for Completely Preventing Postoperative Tissue Adhesion
發表在《Advanced
Materials》上。
【圖文解析】
基于
PNAGA水凝膠對分子結構的微妙敏感性，在這項工作中，
作者
設計并合成了一種新型的N-丙烯酰基丙氨酰胺（NAAA）單體，該化合物通過使丙氨酰胺與 丙烯酰氯（方案1a）。
展開 【前沿背景】
液晶水凝膠是一類引人注目的柔軟材料，可用于直接電荷傳輸，機械驅動和細胞遷移。當這樣的系統包含超分子聚合物時，原則上可以容易地剪切排列的納米級結構并產生本體各向異性性質。然而，使用常規制造技術，在3D水凝膠中可再現地制造和構圖對準的超分子域仍然是挑戰。
【科研摘要】
最近，
美國西北大學Samuel I. Stupp教授團隊報道了一種用于從水性超分子聚合物油墨中進行離子交聯的液晶水凝膠3D打印的方法。相關論文3D Printing of Supramolecular Polymer Hydrogels with Hierarchical Structure發表在Wiley雜志《Small》期刊上。結合實驗技術和分子動力學模擬，發現pH和鹽濃度控制著自組裝結構之間的分子間相互作用，其中超分子聚合物上的較低電荷密度和從電解質中的較高電荷篩選導致了較高粘度的油墨。當使用較小的噴嘴直徑和快速的打印速度時，高粘度油墨中組件之間增強的層次結構相互作用提高了可打印性，并最終導致了擠出的宏觀絲中更大的納米級排列。事實證明，這種方法的使用可產生具有各向異性離子和電子電荷傳輸的材料，以及由于超分子自組裝和增材制造的協同作用而觸發細胞宏觀排列的支架。
【圖文解析】
2.1超分子聚合物水凝膠的DIW
合成了具有PA折疊結構域的已知PA分子的陰離子和陽離子版本，該結構域促進了超分子聚合物向納米纖維的延伸以及谷氨酸或賴氨酸殘基的定義，從而定義了電荷并增加了水溶性（圖1a）。當存在陽離子（例如Ca
2+）或聚電解質時，陰離子PA（E3）形成離子交聯的水凝膠，而陽離子PA（K3）與陰離子物質（例如SO
4
2-）發生離子交聯。
展開 水溶性
TAPAS-Cy 和 TAP-CyCo6 Hexad Rosette 組件的性質
TAPAS-Cy 和 TAP-CyCo6 六聚體組裝滿足在水中形成超分子聚合物的先決條件：它們的單體單元是水溶性的，它們可以通過互補氫鍵自發組裝成具有近 2 nm
2
疏水表面積的玫瑰花結。通過實驗，觀察到 TAPAS 與 Cy 或 TAP 與 CyCo6 的水性緩沖溶液 (pH 7) 在特征 MAC 之上形成穩定的水凝膠，這表明超分子聚合物的形成。
TAP-CyCo6 和 TAP-4MeCyCo6 超分子聚合物的 X 射線纖維衍射結構
圖
4.
(A) 由比例為 1:1 的 TAP 和 CyCo6 組成的纖維的 X 射線衍射圖。纖維的取向相對于衍射圖是垂直的。位于層線 8 處的強反射距赤道的倒數距離為 3.4
?
，表示沿纖維軸堆疊的玫瑰花結。(B) TAP-CyCo6 六聯體的化學結構，說明結構的三重旋轉對稱性。（C-E）TAP-CyCo6 組件的理想化模型的三個視圖，基于每個玫瑰花結 -15°的螺旋扭曲和通過分析 A 中所示的纖維衍射圖案確定的其他結構特征。（F）特寫鏡頭 來自 C-E 所示模型結構的兩個相鄰玫瑰花結的己酸尾部
。
TAP-CyCo6 超分子聚合物的量子力學 (QM) 和分子動力學 (MD) 計算
示意圖
1.
超分子組件中堆疊玫瑰花結六面體的螺旋參數定義
。
控制聚合物長度和多分散性
圖
5.
(A–C) 來自每個單體中 30 mM 樣品的 TAP-CyCo6 超分子聚合物的 AFM 圖像。
展開 超親水、超親油（即“超雙親”）表面具有自清潔、防污、抗霧、使液體迅速鋪展等功能，在日常生活、醫療、工業生產等方面有著廣泛的應用。然而，目前報道的超雙親表面只能在單一介質環境下工作。例如，在干態空氣環境中具有超雙親性質的表面材料在水中往往會表現出超疏油性質，而不是親油性。因為這些材料一旦被水潤濕，其性能主要取決于附著在表面的液態水層。相反，在水中具有親油性質的表面在干燥狀態和空氣介質中通常表現為超疏水和超親油。在空氣和水介質中均具有超雙親（即“兩棲” 超雙親）性質的表面材料報道很少，其制備一直是個挑戰性難題。
最近，澳大利亞迪肯大學（Deakin University）林童教授團隊報道了一種簡單有效的表面處理方法，可使紡織品材料表面具有穩定的“兩棲” 超雙親性質。該團隊采用一種表面涂層技術，將兩種分別帶有親水和親油官能團的化合物涂布于紡織品材料的表面，并進行交聯處理。經過處理的紡織品面料在空氣中表現為優秀的超雙親性質，對水、油和多種有機溶劑的觸角為0°。在水中或完全被水潤濕的條件下，該面料仍然可以使油和不溶性有機溶劑在表面迅速鋪展。該涂層不僅具有良好的牢度，而且可抵御酸堿侵蝕和長時間紫外照射。不僅如此，該涂層還表現出了自修復功能，在被化學侵蝕破壞后，其水下超親油性能可以通過加熱恢復到原的有功能狀態。該團隊進一步證明，這種兩棲超雙親材料在油水分離方面有很大的應用潛力。無論織物在干燥還是潤濕狀態，都表現出了穩定的吸油能力。
圖1：“兩棲”超雙親表面的處理過程及效果。
詳細結果已發表在近期的《Materials Horizons》（DOI: 10.1039/C8MH00898A）。文章共同第一作者為博士生符思達和周華博士，通訊作者為王紅霞博士和林童教授。
來源：高分子科學前沿
展開 圖4 超聲法機械碎裂的超分子聚合物
（A）超聲處理不同時間后溶液中完全折疊的超分子聚合物的DLS尺寸分布的變化；（B）在293K下對完全折疊的超分子聚合物溶液超聲處理不同時間的升溫曲線；（C-G）通過超聲處理完全折疊的超分子聚合物30秒獲得的孿生螺旋超分子聚合物的AFM圖像；（H-N）通過超聲處理完全折疊的超分子聚合物180秒獲得的單一螺旋超分子聚合物的AFM圖像；（O）使用快速或慢速冷卻和機械破碎的超分子聚合物的能量示意圖。
圖5 超分子聚合物自折疊機理
（A）以螺旋結構域為模板，調整“錯誤折疊”結構域以產生二級結構的示意圖；（B）以“錯誤折疊”結構域作為“鉸鏈”折疊螺旋域形成三級結構的示意圖。
原文鏈接：
http://advances.sciencemag.org/content/4/9/eaat8466
來源：高分子科學前沿
展開 
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【摘要】
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形狀記憶聚合物
(SMP)
，它從臨時形狀恢復到永久形狀通常需要外部刺激并遵循單一固定路線。
最近
，
浙江大學
謝濤教授
團隊
將
共價交聯的 SMP 設計為在網絡中具有充足的脲基嘧啶酮
摘要
RNA 和 DNA 是化學和生物進化的產物的假設促使我們尋找替代核酸，這些核酸可能在生命出現的早期出現——具有共價和非共價自組裝傾向的聚合物，RNA 沒有表現出來.
佐治亞理工學院
Nicholas V. Hud
教授
團隊
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