自组装中弱键相互作用及其协同效应的多尺度表征

本项目拟以两类典型的自组装体系（磷脂分子体系和嵌段共聚物体系）所形成的胶束、囊泡及平面双层等自组装形态转变为研究对象，首先通过光散射和石英晶体微天平等方法，对这两类体系的自组装动态行为进行实时的准微观表征，获得组装体尺寸变化和结构变化等方面的信息；然后结合多种具有不同时间分辨功能的光谱，如拉曼（显微）光谱、衰减全反射傅里叶变换红外光谱、和频振动光谱、四波混频谱、二次谐波谱等线性和非线性光谱，以及飞秒超快动力学探测等手段，在分子水平上对各种弱键相互作用以及它们的协同效应进行实时检测。项目将重点探讨外界环境刺激响应下各种弱键相互作用及其微弱变化所引起的自组装形态转变机理，逐步明确这些作用对自组装行为的影响，提升我们对自组装本质与规律的认识，为设计具有新型特性的自组装功能材料提供研究思路，为建立和完善自组装的理论体系提供实验依据。

如何实时动态检测组装的动态过程是理解组装过程中的各种弱键相互作用及其协同效应的关键。本课题成员团结协作，充分发挥多种实验手段相结合的优势，围绕如何在准微观和分子水平上检测组装体结构和各种弱键相互作用及其协同效应这一科学问题开展工作，各项工作按计划顺利并完满完成。过去几年来，我们围绕该目标开展工作，系统研究磷脂分子及嵌段共聚物体系和蛋白质等组装体转变动力学，发展了多种能有效识别组装体精确结构及其弱相互作用的多尺度新谱学技术和相关数据的理论分析方法，理解了盐离子环境下亲疏水和库仑作用如何调控高分子、磷脂以及蛋白质等组装动力学的基本规律和作用机理。我们发展新方法，提高检测灵敏度，在国际上首次利用和频光谱技术成功测出界面蛋白质指纹区酰胺III谱带，解决了如何区分界面蛋白质a-螺旋与无规卷曲结构这一界面蛋白质多年的表征难题。该技术的发展使得我们在界面蛋白质折叠组装机理表征方面获得了话语权。我们发展飞秒时间分辨和频光谱测量技术，通过测量分子振动能量转移动力学，成功测出组装体各个弱键相互作用，为建立和完善自组装的理论体系提供实验依据。目前在SCI期刊上共发表研究论文64篇，其中发表在国际主流专业期刊上的论文54篇，包括JACS 5篇，Angew. Chem. Int. Ed. 4篇，Nature Commun. 1篇，PRL 1篇，Adv. Mater. 3篇，全部标注课题号。项目成员被邀请参加了国内外本领域多个重要学术会议，并做大会或分会邀请报告。项目执行期间，培养博士9名、硕士6名，完满实现项目的既定目标和任务。项目资助的研究成果“生物界面非线性光谱分析新方法的发展与应用”荣获2014年中国分析测试协会科学技术奖二等奖。