导　　师： 吕中元

授予学位： 博士

作　　者： ;

机构地区： 吉林大学

摘　　要： 规整多嵌段共聚物是具有规则分布嵌段的一类嵌段共聚物分子，由于具有有序的链特征，能够进行微相分离形成许多具有不同对称性的有序结构，还能够塌缩形成用以进一步自组装的补丁粒子。这些有序结构在诸如太阳能电池，集成电路刻蚀，纳米印染等领域都有着十分广泛的应用。本文利用粗粒化分子动力学方法，研究了通过主-客体复合制备多嵌段共聚物的可能性。我们提出了β-环糊精和金刚烷分子的粗粒化模型，并将这两种主客体分子作为官能团接在两嵌段共聚物的首尾两端，发现通过主-客体相互作用，二者很容易形成十分稳定的主-客体复合结构，从而将多条两嵌段共聚物分子链连接在一起，形成规则多嵌段共聚物。我们讨论了这一机制形成的多嵌段共聚物的分子量分布，并研究了两嵌段共聚物的链长和浓度等对这一“超分子反应”的影响，进而讨论了利用主-客体复合制备多嵌段共聚物的动力学特征。蛋白质折叠是一个十分重要的研究领域，人们为此提出了很多模型，其中较为方便的是将氨基酸抽象为简单的亲水和疏水单元，用一条由亲水和疏水粒子组成的嵌段共聚物分子链来代表整个蛋白质分子链。由于分子链自由能曲面十分复杂，单纯使用分子动力学无法得到合理的结果，因此我们使用了一种新型的增强抽样方法——温度积分方法(ITS方法)。我们研究了均聚物分子链和不同序列嵌段共聚物分子链的coil-globule转变的特征，发现对于均聚物分子链，coil-globule转变非一级相转变，而通过选择合适的嵌段长度以及两嵌段相容性，这一转变会呈现一级相转变的特征。对于前段共聚物分子链，我们还发现较强吸引嵌段的一个位点突变为较弱吸引强度的粒子会导致coil-globule转变温度的改变。这些结论系统给出了均聚物以及嵌段共聚物分子链coil-globule转变的一般特征，我们希望这些结论能够为设计具有新性质的嵌段共聚物提供帮助。生物分子链诸如蛋白质或DNA，大多具有一定硬度，而且很多具有复杂的拓扑结构，这些拓扑结构会对生物分子的物理化学特性带来显著的影响。我们同样采用简单分子模型，结合ITS方法进行分子动力学模拟。通过分析模拟结果，我们发现分子链硬度和拓扑结构对分子链的coil-globule转变有很大影响。对于均聚物分子链来说，增强拓扑限制会导致结构单元排除体积的增加，降低coil-globule转变温度。而链硬度的增加会导致整条链呈现一级相转变的特征。对于具有较复杂拓扑结构的分子链，我们在较低温度还能够发现一个对称性破缺转变。而对于嵌段共聚物分子链，拓扑结构对分子链coil-globule转变温度影响不大，但是会对转变的结构以及能量指示信号起到削弱的作用。

关 键 词： 规整多嵌段共聚物 超分子化学 增强抽样方法 转变 拓扑结构

分 类 号： [O631.3]

领　　域： [理学] [理学]