国际新闻：研究人员现在可以预测无序聚合物的性能

by：伊利诺伊大学香槟分校

感谢伊利诺伊大学香槟分校和马萨诸塞大学阿默斯特分校的一组研究人员，科学家们能够解读长链分子的模式，从而理解和预测无序的蛋白质和聚合物链的行为。此外，研究结果还为从合成聚合物中开发新材料铺平了道路。

伊利诺伊州化学和生物分子工程助理教授 Charles Sing 的实验室提供了这一发现背后的理论，并通过麻省大学阿姆赫斯特分校化学工程助理教授 Sarah Perry 和伊利诺伊州校友在实验室进行的实验进行了验证。合作者在一篇题为“通过聚电解质单体序列设计静电相互作用”的论文中详细阐述了他们的发现，该论文发表在美国化学学会（ACS）的《中央科学》上。

同事们开始了解分子链上带电荷单体的精确序列背后的物理原理，以及它如何影响聚合物形成称为复合凝聚体的自组装液体材料的能力。

Sing 说：“我认为这项工作令人兴奋的是，我们正从一个生物系统中汲取灵感。”典型的蛋白质图片显示它折叠成非常精确的结构。然而，这个系统是以固有的无序蛋白质为基础的。”

本文基于 Perry 和 Sing 在2017年的早期发现，旨在帮助推进智能材料设计。

Sing 解释说：“我们之前的论文表明，这些序列很重要，这一个说明了它们为什么重要。”第一个结果表明，不同的序列在复凝聚过程中具有不同的性质。我们现在能做的就是用一个理论来预测他们为什么会这样做。”

与结构蛋白不同，结构蛋白与非常特殊的结合伙伴相互作用，大多数合成聚合物不会。

Sing 解释说：“它们更加模糊，因为它们会与周围的各种分子发生反应。”

他们发现，尽管如此，蛋白质（氨基酸）上单体的精确序列确实起到了作用。

Sing 说：“很明显，对于生物物理学家来说，如果序列形成了一个非常精确的结构，那么序列就有很大的不同。”事实证明，如果它们正在形成不精确的结构，也会有很大的不同。”

即使是非结构化的蛋白质也有与之相关的精确性。单体是复杂分子的组成部分，是连接链子的纽带。辛的团队理论上认为，通过了解聚合物和单体的序列以及与它们相关的电荷（正电荷、负电荷或中性电荷），人们可以预测复杂分子的物理性质。

Sing 说：“虽然研究人员已经知道，如果他们在一种本质无序的蛋白质中放置不同的电荷，实际的热力学性质就会发生变化。”

“我们能够证明的是，你可以通过改变序列来改变它的强度，非常具体。这里有这样的情况，只要通过一个单体（链中的一个单环）改变序列，它就可以彻底改变这些东西的形成方式。我们还证明了我们可以预测结果。”

Sing 补充说，这些信息对生物物理学家、生物工程学家和材料科学家都很有价值。这一发现将有助于工程师理解一类广泛的蛋白质，并调整蛋白质来改变它们的行为。这为他们提供了一种新的方法，可以将信息输入分子中，以构建新的材料，并更好地猜测这些属性是如何工作的。

例如，材料科学家可以利用这些信息对一种材料进行一定程度的控制，使其组装成非常复杂的结构，或者使膜精确过滤水中的污染物。他们的希望是，受生物聚合物启发的科学家们可以利用这种能力，通过简单地阅读序列来预测物理行为，从而最终以这种方式设计出新的智能材料。

Sing 说：“从某种意义上说，这将使生物和合成聚合物更紧密地结合在一起。”例如，在一天结束的时候，蛋白质和尼龙之间的化学反应没有什么大的差别。生物学正利用这些信息来指导生命是如何发生的。如果您可以专门输入这些不同链接的标识，那么对于许多其他应用程序来说，这是很有价值的信息。”

原文链接：https://phys.org/news/2019-06-properties-disordered-polymers.html

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