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    我国学者对高分子链在稀溶液中的折叠和组装研究取得重要成果

    日期 2004-02-17   来源:   作者:  【 】   【打印】   【关闭

      本文提要:在国家自然科学基金和国家杰出青年科学基金等资助下,中国科技大学和香港中文大学吴奇教授与复旦大学江明教授及其研究小组经过近十年的系统、深入的合作攻关,解决了高分子链在稀溶液中的折叠和组装研究方面的科学难题,取得了国际瞩目的重要成果。   在国家自然科学基金和国家杰出青年科学基金等资助下,中国科技大学和香港中文大学讲座教授吴奇与复旦大学江明教授及他们的研究小组经过近十年的系统、深入的合作攻关,解决了高分子链在稀溶液中的折叠和组装研究方面的科学难题,取得了国际瞩目的重要成果。   高分子一般是指具有长链特征、分子量很高(分子质量104以上)的化合物,包括生物大分子、天然高分子和合成高分子等。高分子科学的发展所带来的三大合成材料—塑料、橡胶及纤维的发现及实现工业化生产是人类文明的标志之一;高分子对国家安全、高新技术发展和生活质量与人类健康也具有重要作用。一般所说的聚合物即合成高分子,多具有链式结构,它是由几百至几千小分子作为结构单元以共价键结合而形成的。而这种链状高分子在稀溶液中的折叠与组装行为的研究一直是高分子科学的基本科学问题之一,其研究成果对深入理解高分子结构与高分子性能的关系有重要科学价值。   吴奇和江明及他们研究小组的代表性成果包括以下两方面: 一、从均聚高分子单链“无规线团”到“单链小球”转变过程与机理   长期以来,有关均聚高分子单链随溶剂性质变差能否从 “无规线团”蜷缩为热力学稳定的 “单链小球”的问题,一直困扰着相关领域的理论和实验科学家。理论上认为:当溶剂的性质逐渐变差,存在从“无规线团”到“单链小球”这一转变。但实验上,许多著名的实验室自七十年代末经过多年的尝试,始终无法观察到热力学稳定的单链小球,未能验证理论是否正确。吴奇教授经仔细分析认识到文献中对该转变的实验研究,只能在有机溶剂中进行的局限性, 提出了用热敏型水溶性高分子来研究这一问题的新思路, 利用在水溶液中,亲水、疏水以及氢键相互作用比有机溶剂中的范德华作用力强的特点,成功的解决了这一难题,并首次观察到了热力学稳定的单链小球,还发现了一种存在于这一变化过程中的一种新的高分子构象——融化球。 二、两亲性杂聚链介观球相的生成过程和稳定机理   某些具有适当两亲性的高分子杂聚链在溶液中可组装成稳定的介观球相,从而形成高分子胶体。该相能稳定地存在于蜷缩的单链小球和宏观沉淀之间。他们主要集中研究了介观球相的生成过程和稳定机理这两个方面。为此,他们设计并合成了多种具有特殊结构的两亲性高分子杂聚链, 并研究了它们在溶液中所形成的介观球相。特别有意义的是, 他们发现, 当含少量离子基团的高分子从良溶剂中转移到沉淀剂中时, 可经过“微相反转”聚集为无皂均一的纳米粒子。在大量实验的基础上,他们总结和揭示了介观球相的尺寸与稳定基团数量之间的内在联系。他们的有关结论指导他们发展出了能在新型溶液中、可控的条件下进行高分子纳米粒子的制备新方法。   本项研究成果具有以下特点:(1)成功的将合成化学和高分子物理紧密地相结合、理论与实验相结合;(2)长期坚持在基础前沿课题开展研究;(3)在开展基础研究的同时,丰富和发展了一系列实验方法:吴奇教授在香港中文大学和中国科学技术大学建立了世界上先进的激光光散射实验室,建立了一整套新的激光光散射测量和数据分析方法。江明教授发明的“靶向荧光探针”已被多个国内外实验室的学者应用于研究溶液中的组装聚集;(4)广泛开展合作研究。   他们所进行的一系列的研究成果先后在国内外重要刊物发表160多篇科学论文,其中90以上发表在影响因子大于3.0的科学杂志上,包括国际著名的重要学术刊物《化学研究报告》(Accounts of Chemical Research (1篇)),《美国科学院院报》(Proceeding of National Academy of Science(1篇)),《美国化学会志》(Journal of American Chemical Society(3篇)),《物理评论通讯》(Physical Review Letters(5篇)),《高分子科学进展》(Advance in Polymer Science (1篇)),《大分子》(Macromolecules(60篇))。这一系列的结果收到国际高分子学术界瞩目并被广泛引用,至2003年夏已被国内外同行他引了933次,最高的单篇他引次数已达63次。均聚高分子单链“无规线团”到“单链小球”转变过程与机理方面的成果被誉为高分子科学中的一个“地标”;特偌克在《高分子溶液》专著中引用了他们的论文,认为是此方面研究中少有的成功例子。   江明教授连续获得5项国家自然科学基金项目(包括一项重大项目),曾在1997年获国家教委科技进步奖一等奖。吴奇教授是1996年国家杰出青年科学基金获得者,1999年因其对高分子链构象的研究在两年一度的全国高分子年会上荣获中国化学会大会特邀报告奖。吴奇教授还因该项研究先后两次获邀在国际著名的高登(Gordon)学术会议上作专题邀请报告,在2003年被选为中国科学院院士。



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