有關(guān)鏈折疊的結(jié)晶生長機制一直是高分子結(jié)晶學(xué)的研究目標(biāo)之一。鏈折疊代表了片狀高分子晶體以及蛋白質(zhì)β-折疊中的模板構(gòu)型。因此，理解鏈折疊對研究高分子結(jié)晶以及一些基本的蛋白質(zhì)性質(zhì)是至關(guān)重要的。
在國家自然科學(xué)基金項目資助下，近日，南京大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院高分子科學(xué)與工程系胡文兵教授在物理學(xué)頂尖綜述期刊Physics Reports上發(fā)表了題為《The physics of polymer chain-folding》的綜述文章，胡文兵教授為唯一作者。
該綜述基于實驗、理論和分子模擬相結(jié)合的視角，從鏈折疊的發(fā)展歷程、物理起源、晶體生長、解折疊以及在蛋白質(zhì)折疊的應(yīng)用等方面系統(tǒng)地介紹了目前對片狀高分子晶體中鏈折疊與解折疊的理解，闡述了鏈折疊的重要性。通過單鏈結(jié)晶自由能的計算，采用鏈內(nèi)成核模型闡述了鏈折疊的起源（圖1和圖2）�；谄У膫�(cè)向生長前沿處的可逆分子內(nèi)次級晶核，得到了高分子晶體生長的速率方程。因此，可以解釋許多獨特的高分子晶體生長現(xiàn)象，包括半晶質(zhì)結(jié)構(gòu)、shish-kebab微晶和有限的片晶厚度。另外，折疊的高分子鏈在晶體退火、熔融以及應(yīng)變誘導(dǎo)的熔融重結(jié)晶時能夠進行解折疊，其微觀機理與鏈折疊一致。正是由于高分子的解折疊，才產(chǎn)生了具有獨特?zé)嵝阅芎蜋C械性能的半結(jié)晶高分子，所以適當(dāng)解折疊的取向高分子結(jié)晶材料為合成纖維、塑料薄膜和塑料容器提供了優(yōu)越的力學(xué)性能。
鏈折疊是解決高分子材料的結(jié)晶、熔融行為以及控制其性能的關(guān)鍵。實際上，高分子鏈折疊也可以成為理解蛋白質(zhì)折疊、錯誤折疊和解折疊的基本問題的原型模型，如快速的蛋白質(zhì)折疊、淀粉樣蛋白生長抑制和高蜘蛛絲韌性。
圖1 鏈狀大分子的分子內(nèi)鏈折疊成核模式和分子間纓狀微束成核模式
圖2 高分子結(jié)晶鏈折疊原理示意圖
高分子鏈折疊的物理學(xué)將有助于我們對材料科學(xué)和生命科學(xué)中許多具有挑戰(zhàn)性問題的進一步理解。有關(guān)高分子結(jié)晶學(xué)的更詳細介紹，請參考胡文兵教授的專著《高分子結(jié)晶學(xué)原理》。
文章鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0370157318301042
