改變高分子構象的新方法—太赫茲激光

材料牛注：高分子材料的構象對材料的性能具有重要的影響，太赫茲激光作為改變構象的新秀引起了廣泛的注意，讓我們一同探索其中的奧妙吧！

來自RIKEN Center for Advanced Photonics（RAP）的科學家，首次成功地使用太赫茲激光使高分子的構象發生永久性變化，從而使結晶后的高分子構象模式增多。構象變化對高分子科學來說非常重要，因為構象的變化可以引起材料特性的改變，就蛋白質而言，構象變化可以影響特定生物學功能的執行。這項工作發表在Scientific Reports上，是協同Osaka University完成的。

據RAP的Hiromichi Hoshina所說，“采用太赫茲激光對材料進行改性這一方法很有前景，因為它們可以在接近氫鍵振動的頻率處產生共振，而氫鍵可使高分子組裝成一定的構象，所需能量相比于構成高分子分子結構的共價鍵低很多。因此，他們可以提供一個較為“溫和”的方法來改變構象而不是通過誘導化學變化。

然而，采用太赫茲波輻照誘導變化的困難之一在于，這些材料具有迅速地恢復到熱平衡狀態的傾向。為了克服這一困難，該研究團隊采用溶劑澆鑄結晶后的高分子進行實驗，這是因為結晶后的高分子的構象得到固定，這使他們能夠有效地“固定”工作成果，并檢測這些變化。

當研究團隊采用由Osaka University科學和工業研究學院所研制的峰值功率為40兆瓦/ cm2的太赫茲自由電子激光FEL照射高分子（3-羥基丁酸酯）/氯仿溶液時，發現該材料的結晶度增加了20％。表明實驗是成功的。

引起研究人員驚訝的是在這項研究中使用的峰值功率遠遠低于之前文獻所報道的近紅外和可見激光。起初他們認為，結晶可能是因溫度變化所引起的，但測量后發現，兩區域之間溫度差小于1℃，這樣小的溫度差異是不足以解釋結晶度的變化。他們也考慮過太赫茲波可能會直接引起分子間振動的加劇，但并沒有發現任何與波長顯著相關的東西，因為如果這一效果是由于共振的差異引起的，那應該能找到。

研究員Hoshina還說道：“我們首次發現太赫茲波能有效誘導聚合物高分子中分子的重排。盡管我們推測，這可能與材料中沖擊波的產生有關，但這一過程發生的確切機制仍然還是一個謎團。太赫茲波常被稱為“電磁頻譜的未開發邊疆” ，而我們也計劃在今后的工作中探尋太赫茲波究竟有什么特別之處。”

他也提到：“我們對這一工作感到很激動，因為這可能給我們提供一個控制分子結構及開發新型功能材料的新方法。”

原文鏈接：Using terahertz laser, scientists change the macromolecular conformation of a polymer

本文由編輯部王宇提供素材，黃敏編譯，丁菲菲審核。