科学家捕捉到光驱动聚合物的蛛丝马迹

科学家捕捉到光驱动聚合物的蛛丝马迹高速原子力显微镜与激光照射系统相结合，用于原位实时观察偶氮聚合物的变形过程。资料来源：大阪大学偶氮聚合物是一种光活性材料，这意味着当光线照射到它们时，它们会发生变化。具体来说，光线会改变它们的化学结构，从而改变薄膜的表面。这使得它们在光学数据存储和提供光触发运动等应用中颇具吸引力。能够在捕捉图像的同时用聚焦激光引发这些变化被称为原位测量。"通常，研究聚合物薄膜的变化时，需要对其进行处理，例如用光照射，然后进行测量或观察。然而，这只能提供有限的信息，"该研究的第一作者KeishiYang解释说。"使用高速原子力显微镜（HS-AFM）装置，包括一台带激光器的倒置光学显微镜，使我们能够触发偶氮聚合物薄膜的变化，同时以高时空分辨率对其进行实时观测。"(a）与激光辐照系统集成的高速原子力显微镜概述b）偶氮聚合物变形的高速原子力显微镜图像。资料来源：美国化学学会高速原子力显微镜测量能够以每秒两帧的速度跟踪聚合物薄膜表面的动态变化。研究还发现，所使用的偏振光的方向会对最终的表面图案产生影响。利用原位方法进行的进一步研究有望深入了解光驱动偶氮聚合物变形的机理，从而最大限度地发挥这些材料的潜力。该研究的资深作者TakayukiUmakoshi说："我们已经展示了观察聚合物薄膜形变的技术。不过，在此过程中，我们展示了将尖端扫描HS-AFM和激光源结合起来，用于材料科学和物理化学的潜力"。对光有反应的材料和过程在化学和生物学的多个领域都很重要，包括传感、成像和纳米医学。原位技术为加深理解和最大限度地发挥潜力提供了机会，因此有望应用于各种光学设备。编译自/scitechdaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1423710.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1423710.htm

科学家在聚合物半导体中的新发现：改变非手性聚合物以产生手性结构

科学家在聚合物半导体中的新发现：改变非手性聚合物以产生手性结构伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的化学家们领导的一项新研究为半导体材料的开发带来了新的视角，这种材料可以做到传统硅材料所做不到的事情--利用手性的力量（一种不可叠加的镜像）。手性是自然界用来构建复杂结构的策略之一，DNA双螺旋可能是最著名的例子--由分子"骨架"连接并向右扭曲的两条分子链。在自然界中，手性分子（如蛋白质）通过选择性地传输相同自旋方向的电子，可以非常有效地输送电能。模仿自然界手性的研究几十年来，研究人员一直致力于在合成分子中模仿自然界的手性。由化学与生物分子化学教授刁颖领导的一项新研究调查了对一种名为DPP-T4的非手性聚合物进行各种改性后在聚合物基半导体材料中形成手性螺旋结构的效果。潜在的应用包括像树叶一样发挥作用的太阳能电池、利用电子量子态更高效计算的计算机以及捕捉三维而非二维信息的新型成像技术等。一张光学显微照片显示了一种聚合物的手性液晶相，研究人员正在探索利用这种聚合物生产高效半导体材料。图片来源：YingDiao实验室提供研究结果发表在《美国化学学会中心科学》（ACSCentralScience）杂志上。研究结果和实验Diao说："我们一开始认为，对DPP-T4分子的结构进行细微调整--通过添加或改变与骨架相连的原子来实现--将改变结构的扭转或扭曲，并诱发手性。然而，我们很快发现事情并非如此简单。"利用X射线散射和想象，研究小组发现，他们的"轻微调整"导致了材料相位的重大变化。"我们观察到的是一种金发姑娘效应，"Diao说。"通常情况下，分子会像扭曲的金属丝一样聚集在一起，但突然间，当我们把分子扭转到临界扭力时，它们开始以平板或薄片的形式聚集成新的介相。通过测试这些结构弯曲偏振光的能力--这是对手性的测试--我们惊讶地发现，这些薄片也能扭曲成内聚的手性结构。"研究小组的发现揭示了一个事实，即并非所有聚合物在模仿手性结构中的高效电子传输时都会表现出类似的行为。研究报告指出，至关重要的是，不要忽视为发现未知相而形成的复杂介相结构，这些介相结构可带来前所未有的光学、电子和机械特性。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1398365.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1398365.htm

环保技术新突破：科学家利用植物纤维素制成新型聚合物

环保技术新突破：科学家利用植物纤维素制成新型聚合物科学家们设计出了一种利用纤维素生产可回收且稳定的聚合物的方法，为传统塑料提供了一种可持续的替代品。这一研究成果为生产环保材料提供了新的可能性。上图为本研究开发的新型可回收聚合物制成的透明薄膜。资料来源：FengLi他们开发出了一种方便、多用途的方法，利用从植物纤维素中提取的化学物质制造各种聚合物；最重要的是，这些聚合物可以完全回收利用。该方法发表在《ACSMacroLetters》杂志上。纤维素是植物生物质中最丰富的成分之一，是所有植物细胞周围坚韧细胞壁的关键部分。纤维素很容易从稻草和锯末等植物废料中获取，因此，将纤维素用作聚合物生产的原料不会减少用于粮食生产的农业用地。纤维素是一种长链多糖聚合物，即由多个糖基（特别是葡萄糖）通过化学键连接而成。为了制造新型聚合物，北海道研究小组使用了两种市售的小分子，即由纤维素制成的左旋葡糖烯酮（LGO）和二氢左旋葡糖烯酮（Cyrene）。他们开发了新颖的化学工艺，将LGO和Cyrene转化为各种非天然多糖聚合物。通过改变聚合物的精确化学结构，可以生成不同的材料，用于各种可能的应用。"我们面临的最大挑战是控制将较小单体分子连接在一起的聚合反应，以及获得对普通应用足够稳定的多糖材料，同时还能在特定化学条件下被分解和回收。"左起研究小组的佐藤俊文、水上雄太、李锋和矶野拓也。图片来源：李锋李补充说，研究过程中最大的惊喜是他们制作的聚合物薄膜具有很高的透明度，这对于这些聚合物似乎最适合的专业应用来说可能至关重要。另一位通讯作者ToshifumiSatoh教授补充说：由于这些材料相当坚硬，可能难以用作塑料袋等柔性塑料材料，因此我认为它们更适合用作光学、电子和生物医学应用领域的高性能材料。世界各地的其他研究小组也在探索用植物制造塑料替代聚合物的潜力，其中一些"生物塑料"已经可以在市场上买到，但佐藤的研究小组为这一快速发展的领域增添了一个重要的新机会。研究小组现在计划探索更多的可能性，但可行的结构变化非常多，因此他们希望与计算化学、人工智能和自动合成方面的专家联手探索这些选择。"我们希望这项工作能开发出多种有用的非天然多糖聚合物，使其成为从生物质到高效回收的可持续合成闭环的一部分。"编译自:ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1424673.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1424673.htm

可穿戴式无创传感器可通过监测汗液确定是否有炎症迹象

可穿戴式无创传感器可通过监测汗液确定是否有炎症迹象虽然急性炎症反应是人体抵抗感染和加速愈合的自然方式，但长期或慢性炎症可能会导致不可逆的组织损伤。而能够快速、轻松地检测炎症是治疗的关键。测量血液中C反应蛋白(CRP)的水平通常用作炎症的生物标志物，但需要复杂的实验室设备和人员来分析血液样本。现在，加州理工学院的研究人员开发了一种新型可穿戴传感器，称为InflaStat，通过测量人体汗液中的CRP水平来无线、无创地监测炎症。研究人员在开始制造他们的第一个汗液分析传感器之前必须克服一些障碍。主要难题是CRP比其他分子更难检测，它在血液中的浓度比其他生物标志物低得多，而且它的分子更大，这意味着将它们从血液中分泌到汗液中更加困难。“这些是以前阻止人们进行可穿戴CRP传感的主要问题，”该研究的通讯作者高伟说。“我们需要高灵敏度来自动监测皮肤上极低浓度的CRP。”InflaStat由激光雕刻的石墨烯制成，石墨烯含有微小的孔，可形成较大的表面积。这些孔含有与CRP结合的抗体和称为氧化还原分子的特殊分子，能够在某些条件下产生小电流。传感器结构中融入了金纳米颗粒，每个纳米颗粒都携带一组独立的CRP检测抗体。当佩戴者汗液中的CRP分子进入传感器时，它们会附着在检测器抗体和石墨烯孔中的抗体上。然后纳米颗粒附着在石墨烯上并触发氧化还原分子产生电流，该电流由附着在传感器上的电子元件读取。由于每个金纳米粒子都含有许多检测抗体，因此信号（非常小）被放大得远远超过单个CRP分子产生的信号。研究人员在健康参与者、慢性阻塞性肺病患者和从新冠病毒感染中康复的参与者身上测试了InflaStat。他们发现该传感器佩戴舒适，并且可以无创、无线地获取炎症生物标志物信息。数据实时显示在定制的智能手机应用程序上。正如预期的那样，慢性阻塞性肺病患者和新冠病毒感染后患者的CRP水平显着高于健康参与者。研究人员发现，该传感器可以准确检测汗液中与血液水平相关的CRP水平。研究人员表示，他们的研究结果表明，他们的传感器可用于无创、家庭监测炎症性肠病或慢性阻塞性肺病等慢性疾病。更重要的是，他们表示它可以适用于测试其他痕量水平和疾病相关的生物标志物。“这是一个通用平台，可以让我们监测体液中极低水平的分子，”高说。“我们希望扩展这个平台来监测其他临床相关的蛋白质和激素分子。我们还想看看这是否可以用于慢性病管理。炎症对许多患者来说意味着风险。如果能够在家对他们进行监测，就可以识别他们的风险，并及时给予治疗。”该研究发表在《自然生物医学工程》杂志上，下面由加州理工学院制作的视频展示了传感器如何检测CRP。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1366975.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1366975.htm

化学家解开长期困扰他们的聚合物科学之谜

化学家解开长期困扰他们的聚合物科学之谜包含分子力探针（中央结构）的聚合物链被内爆空化泡（中央圆圈）周围的流场扭曲的艺术效果图。资料来源：利物浦大学RomanBoulatov教授在最近发表在《自然-化学》（NatureChemistry）杂志封面上的一篇论文中，利物浦的研究人员利用机械化学来描述溶液中的聚合物链如何对周围溶剂流动的突然加速做出反应。这一新方法使过去50年来一直困扰聚合物科学家的一个基本技术问题终于有了答案。大分子溶质在快速流动中的碎裂具有相当重要的基础和实际意义。人们对链断裂前的分子事件序列知之甚少，因为此类事件无法直接观察到，而必须根据流动溶液的主体成分变化来推断。在此，我们介绍了如何通过分析聚苯乙烯链的断裂与嵌入其主干的发色团的异构化之间的同链竞争，详细描述超声溶液中发生机械化学反应的链的分子几何分布。在最新的实验中，过度拉伸（机械负载）的链段沿着主干生长和漂移，其时间尺度与机械化学反应相同，并且与机械化学反应竞争。因此，碎裂链只有小于30%的骨架被过度拉伸，最大力和最大反应概率都位于远离链中心的位置。因此，量化链内竞争对于任何速度足以使聚合物链断裂的流动都可能具有机理意义。历史挑战和影响自20世纪80年代以来，研究人员一直试图了解溶解聚合物链对突然加速的溶剂流的独特反应。然而，他们一直受限于高度简化的溶剂流，对真实世界系统行为的洞察力有限。利物浦化学家RomanBoulatov教授和RobertO'Neill博士的这一新发现对物理科学的多个领域具有重要的科学意义，同时在实际操作层面也对许多价值数百万美元的工业流程（如提高油气回收率、长距离管道和光伏制造）中使用的基于聚合物的流变控制具有重要意义。RomanBoulatov教授说："我们的发现解决了聚合物科学中的一个基本技术问题，并有可能颠覆我们目前对空化溶剂流中链行为的理解。"该论文的共同作者罗伯特-奥尼尔博士补充说："我们的方法论证明揭示了我们对聚合物链如何响应空化溶液中溶剂流动的突然加速的理解过于简单，无法支持系统设计新的聚合物结构和成分，以在这种情况下实现高效、经济的流变控制，也无法获得对流动诱导机械化学的基本分子见解。我们的论文对我们在分子长度尺度上研究非平衡聚合物链动力学的能力具有重要影响，从而使我们有能力回答关于能量如何在分子间和分子内流动，以及能量如何从动能转化为势能再转化为自由能的基本问题。"研究小组计划重点扩大他们的新方法的范围和能力，并利用这种方法绘制分子级物理图谱，从而准确预测聚合物、溶剂和流动条件任意组合的流动行为。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1385755.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1385755.htm

科学家创造出的新材料兼具玻璃聚合物的硬度和凝胶的拉伸性

科学家创造出的新材料兼具玻璃聚合物的硬度和凝胶的拉伸性研究人员创造了一种名为"玻璃凝胶"的新型材料，这种材料与玻璃聚合物一样坚硬，但如果施加足够的力，它可以拉伸到原长度的五倍，而不会断裂。玻璃态凝胶的一个关键特点是，它们的液体含量超过50%，这使得它们比具有类似物理特性的普通塑料更能有效导电。资料来源：北卡罗来纳州立大学王美香科学家们发明了一种名为"玻璃凝胶"的新型材料，这种材料尽管含有50%以上的液体，但却非常坚硬且不易破裂。加上玻璃凝胶易于生产，这种材料有望应用于多种领域。凝胶体和玻璃态聚合物是历来被视为截然不同的两类材料。玻璃态聚合物质地坚硬，通常比较脆。它们用于制造水瓶或飞机窗户等物品。凝胶（如隐形眼镜）含有液体，柔软而有弹性。"我们创造了一类被称为玻璃凝胶的材料，这种材料和玻璃聚合物一样坚硬，但如果施加足够的力，它可以拉伸到原来长度的五倍，而不会断裂，"这项研究论文的通讯作者、北卡罗来纳州立大学化学和生物分子工程系卡米尔和亨利-德雷福斯教授迈克尔-迪基（MichaelDickey）说。"更重要的是，一旦材料被拉伸，你就可以通过加热使其恢复原状。此外，玻璃凝胶的表面具有很强的粘性，这在硬质材料中并不多见。"该论文的共同第一作者、北卡罗来纳州立大学博士后研究员王美香说："玻璃凝胶的一个关键特点是，它们的液体含量超过50%，这使得它们比物理特性相当的普通塑料更能高效导电。考虑到这些材料所具有的许多独特性质，我们对它们的用途感到乐观。"玻璃态凝胶，顾名思义，实际上是一种结合了玻璃态聚合物和凝胶最诱人特性的材料。为了制造玻璃态凝胶，研究人员首先将玻璃态聚合物的液态前体与离子液体混合。将这种混合液体倒入模具中，暴露在紫外线下，使材料"固化"。然后移除模具，留下玻璃状凝胶。"离子液体是一种溶剂，就像水一样，但完全由离子组成，"Dickey说。"通常在聚合物中添加溶剂时，溶剂会推开聚合物链，使聚合物变得柔软、可伸展。这就是为什么湿隐形眼镜柔软，而干隐形眼镜不柔软的原因。在玻璃态凝胶中，溶剂会将聚合物分子链推开，使其像凝胶一样具有拉伸性。然而，溶剂中的离子会强烈吸引聚合物，从而阻止聚合物链移动。链条无法移动就使其成为玻璃状。最终的结果是，由于吸引力的作用，材料变得坚硬，但由于额外的间距，材料仍然能够拉伸。"研究人员发现，玻璃凝胶可以用各种不同的聚合物和离子液体制成，但并非所有类别的聚合物都能用于制造玻璃凝胶。Dickey说："带电或极性的聚合物有望用于玻璃凝胶，因为它们会被离子液体吸引。也许玻璃凝胶最吸引人的特点就是它们的粘性，因为虽然我们知道是什么让它们变得坚硬和可拉伸，但我们只能猜测是什么让它们如此具有粘性。"在测试中，研究人员发现，玻璃状凝胶即使含有50-60%的液体，也不会蒸发或变干。他们还认为，玻璃凝胶易于制造，因此有望得到实际应用。Dickey说："制造玻璃态凝胶是一个简单的过程，可以通过在任何类型的模具中固化或3D打印来实现。大多数具有类似机械性能的塑料都要求制造商将聚合物作为原料进行生产，然后将聚合物运输到另一个工厂，在那里聚合物被熔化并形成最终产品。我们很高兴看到如何使用玻璃凝胶，并愿意与合作者一起确定这些材料的应用"。这篇题为"由溶剂增韧的玻璃凝胶"的论文于6月19日发表在《自然》杂志上。编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1435551.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1435551.htm