关于不同表界面相互作用下高分子单链构象的研究

Conformation of polymers at interfaces has long been a difficulty in polymer physics research, despite its overwhelming importance in its functionalities. The proposed research will focus on the conformation of single polymer molecules under different interfacial interactions. It is proposed that the end-to-end distance of the interfacial polymer can be measured by single molecule fluorescence microscopy, adopting fluorescence resonance energy transfer (FRET) as the major principle. The interaction between the polymer and the interface will be adjusted by tuning the chemistry of the surface as well as the polymer itself. Attention will be paid to the conformation change under different strength of interfacial interactions and the underlining physics. The proposed research is believed to make a breakthrough to the conventional barrier of characterizing interfacial polymers and shed light on the molecular details of the adsorbed polymers at interfaces.

高分子链在界面上的构象一直是高分子物理领域的难点问题，特别是在实验研究方面，而这些构象特征与行为与高分子体系的表界面功能密切相关，其研究意义是至关重要的。本项目将以单分子荧光显微与光谱技术为手段，采用荧光共振能量转移为原理，以高分子链末端距大小的变化为依据，研究高分子链在界面上的单分子构象及其随着表界面相互作用的变化规律；将通过调节界面性质与高分子链相互作用（如，疏水相互作用）的强度，在单分子的层次上系统研究高分子界面构象，着重考察疏水相互作用对高分子链在界面上构象行为影响的微观机理。本项目将突破传统研究方法的局限，真正实现表界面单个高分子的尺寸测量及构象表征，能够使我们直接获取高分子链在界面上构象行为信息，为我们充分认识高分子的表界面结构提供直接的实验证据与信息。

本项目以荧光关联光谱（FCS）、单粒子追踪技术（SPT）、荧光能量共振转移（FRET）等方法，从微观层面对界面上聚合物单链的构象变化和动态性质进行了研究。发现PEO链在油-水界面呈现二维无规线团的构象，其界面扩散系数与分子量具有-0.5的标度关系。证明FCS和SPT分别获取的PEO在固-液界面上的动力学信息基本相同，解决了这两种测量方法存在的争议。发现外加盐可以增强聚合物和疏水界面间的疏水相互作用，导致界面扩散系数降低。以分子链均方根末端距大小的变化为依据，对高分子链在溶液中单分子构象及其在剪切场下的变化规律开展了研究，发现稳态剪切可以导致溶液中聚合物链由无规线团向拉伸的无规线团转化。发展了一种用耗散型石英晶体微天平（QCM-D）同步定量测定聚合物刷含水量与蛋白质吸附量关系的方法，系统地研究了蛋白质在不同含水量的聚合物刷上的吸附行为，发现聚合物刷含水量是影响界面蛋白质吸附的关键因素。