自組裝中弱鍵相互作用及其協同效應的多尺度表征

《自組裝中弱鍵相互作用及其協同效應的多尺度表征》是依託中國科學技術大學，由劉世林擔任項目負責人的重大研究計畫。

基本介紹

• 中文名：自組裝中弱鍵相互作用及其協同效應的多尺度表征
• 項目類別：重大研究計畫
• 項目負責人：劉世林
• 依託單位：中國科學技術大學

中文摘要

本項目擬以兩類典型的自組裝體系（磷脂分子體系和嵌段共聚物體系）所形成的膠束、囊泡及平面雙層等自組裝形態轉變為研究對象，首先通過光散射和石英晶體微天平等方法，對這兩類體系的自組裝動態行為進行實時的準微觀表征，獲得組裝體尺寸變化和結構變化等方面的信息；然後結合多種具有不同時間分辨功能的光譜，如拉曼（顯微）光譜、衰減全反射傅立葉變換紅外光譜、和頻振動光譜、四波混頻譜、二次諧波譜等線性和非線性光譜，以及飛秒超快動力學探測等手段，在分子水平上對各種弱鍵相互作用以及它們的協同效應進行實時檢測。項目將重點探討外界環境刺激回響下各種弱鍵相互作用及其微弱變化所引起的自組裝形態轉變機理，逐步明確這些作用對自組裝行為的影響，提升我們對自組裝本質與規律的認識，為設計具有新型特性的自組裝功能材料提供研究思路，為建立和完善自組裝的理論體系提供實驗依據。

結題摘要

如何實時動態檢測組裝的動態過程是理解組裝過程中的各種弱鍵相互作用及其協同效應的關鍵。本課題成員團結協作，充分發揮多種實驗手段相結合的優勢，圍繞如何在準微觀和分子水平上檢測組裝體結構和各種弱鍵相互作用及其協同效應這一科學問題開展工作，各項工作按計畫順利並完滿完成。過去幾年來，我們圍繞該目標開展工作，系統研究磷脂分子及嵌段共聚物體系和蛋白質等組裝體轉變動力學，發展了多種能有效識別組裝體精確結構及其弱相互作用的多尺度新譜學技術和相關數據的理論分析方法，理解了鹽離子環境下親疏水和庫侖作用如何調控高分子、磷脂以及蛋白質等組裝動力學的基本規律和作用機理。我們發展新方法，提高檢測靈敏度，在國際上首次利用和頻光譜技術成功測出界面蛋白質指紋區醯胺III譜帶，解決了如何區分界面蛋白質a-螺旋與無規捲曲結構這一界面蛋白質多年的表征難題。該技術的發展使得我們在界面蛋白質摺疊組裝機理表征方面獲得了話語權。我們發展飛秒時間分辨和頻光譜測量技術，通過測量分子振動能量轉移動力學，成功測出組裝體各個弱鍵相互作用，為建立和完善自組裝的理論體系提供實驗依據。目前在SCI期刊上共發表研究論文64篇，其中發表在國際主流專業期刊上的論文54篇，包括JACS 5篇，Angew. Chem. Int. Ed. 4篇，Nature Commun. 1篇，PRL 1篇，Adv. Mater. 3篇，全部標註課題號。項目成員被邀請參加了國內外本領域多個重要學術會議，並做大會或分會邀請報告。項目執行期間，培養博士9名、碩士6名，完滿實現項目的既定目標和任務。項目資助的研究成果“生物界面非線性光譜分析新方法的發展與套用”榮獲2014年中國分析測試協會科學技術獎二等獎。