实验室概述
目录
关于我们实验室的努力
由于原子和原子组结合方式组合的多样性，聚合物化合物有可能存在近无数的化学结构，形成各种三维结构，并表达基于分子链个性的固有功能。 分子链的个性可以被理解为分子链的固有特性和分子聚集和相互作用的结果，各种有趣的物理现象从分子链的性质和分子间相互作用的角度来解释。
"聚合物是聪明和聪明的！ 」
在聚合物链的感觉中，我问道，"你为什么和如何决定分子结构？ 你显示出一个有特色的品质吗？ 试图理解。
此外，我们质疑聚合物链，以产生聚合物链的新的三维结构和特性。 实验室中使用的技术包括NMR、IR、圆二色测量、X射线和中子束散射方法以及计算机分子模拟。 研究对象试图从分子理论上解释聚合物链的溶液、液晶和熔融状态下的结构和物理特性。
多肽结构转移的机理
- 多肽的二次结构转移现象与侧链构造分析
多肽在溶液中采取α-螺旋、随机线圈、β片结构等不同的二次结构，随温度、溶剂和压力而变化。 多肽结构转移的特征是合作现象，分子内和分子之间的相互作用，即氢键生成被认为是一个重要因素。
在多肽中，聚阿斯巴酸酯的主链α-螺旋，在含有螺旋反转现象和变性溶剂的混合溶剂系统中，由于温度的上升⇔左绕组的螺旋反转现象，发现主链螺旋感与左绕组⇔右绕组⇔左绕组反转两次的重入现象。 主要通过液晶定向下2H-NMR/旋转异性状态（RIS）分析法，分别确定右绕组和左绕组状态的侧链结构，并对过渡进行分子学研究。 测量和分析结果表明，主链螺旋感的反转是侧链根部结构变化引起的协同分子内转移。
- 主链螺旋反转现象的机理研究
我们精确合成了几个块共聚物，这些共聚物由导致螺旋反转的残留物（阿斯巴酸）和不引起螺旋的残留物（谷酸盐）组成，通过NMR和圆二色测量，从α-螺旋的一端开始，通过拉链机制进行分子内伪主转移，导致主链螺旋感的反转。
- 分子内氢键形成和重新组合的控制与分子设计
对寡肽化合物进行了精确合成，结合NMR等光谱测量方法和分子动力学模拟，研究了分子内氢键与相变行为的相关性。 此外，我们还采用定量测量氢键距离信息的分析方法，研究分子内氢键的形成和重新组合动力学。 此外，对于二次结构转移和典型的螺旋-线圈转移，我们使用由12个残留物谷氨酸和12个残留物丙氨酸组成的寡肽化合物进行一维和二维NMR测量和CD测量，并与农业生物资源研究所合作，阐明分子水平的定量转移机制。 此外，农业生物资源研究所对具有重金属解毒作用的肽分子进行了三维结构分析。
纳米生物功能响应材料的创造
电和光学特性和力学特性因多肽形成的二次结构而异。 因此，我们利用以前的研究中揭示的聚阿斯巴塔的二次结构及其结构过渡行为，开发具有功能响应的材料。
- 刺激反应凝胶材料的开发
开发将聚阿斯巴德分子纳入分子网络的凝胶材料是一个研究课题。 我们发现，纳入凝胶网络的聚阿斯巴德表现出二次结构过渡，就像散装固体状态一样。 此外，我们还发现，样品形状在膨胀和固体干燥条件下都发生了显著变化，同时具有二次结构过渡，如 helix-coil 过渡和螺旋反转。
- 使用管上肽薄膜的新型纳米器件研究
由于形成螺旋结构的多肽沿螺旋轴方向具有偶极矩，因此，通过将其高度定向到基板上，可以放大压电和非线性光学效应等特征物理特性。 此外，由于使用具有螺旋反转行为的聚阿斯巴特，偶极矩会因二次结构过渡而改变，因此有望构建具有电开关特性的新型纳米生物器件。 因此，为了实现利用这一特性构建新的纳米器件，我们利用通过真空沉积聚合方法在基板上连接肽薄膜，研究其方向结构和电气特性。
非晶聚合物的结构特性与分子动力学
- 非晶态聚合物的局部结构分析
非晶态结构特性的发现对于聚合物材料的开发至关重要。 通过分子动力学模拟和部分氢化样品的自旋极化广角中子散射测量，对阿塔克奇聚苯乙烯的非晶态进行了测量，以确定局部结构。 在分子动力学模拟方面，我们开发了基于全原子模型的程序，并建立了建立非晶态的方法。
- 非晶聚合物的分子结构和分子动力学
皮秒顺序的"快速过程"是玻璃形成物质中普遍观察到的缓解现象，分子固有的起源仍然有许多未知点。 对聚丁二烯、聚异丁烯、聚甲基丙烯酸甲酯和聚苯乙烯的玻璃状态进行了分子动力学模拟，以可视化和澄清"快速过程"起源的分子运动模式。 对部分氢化样品进行了准弹性中子散射测量，对仿真结果进行了实验验证。
- 非晶聚合物的协同分子运动
应用分子动力学模拟非晶聚合物在高温至玻璃过渡温度下的分子动力学，通过分析中间散射函数，评价了松弛时间的空间相关性。 我们通过澄清称为"deGennes narrowing"的特征现象是协同分子运动的结果，并绘制了动力学的图片。 此外，还通过可视化澄清了分子聚合结构的动态不均匀性。 我们结合分子动力学模拟的计算科学方法和实验方法，如X射线和中子束散射测量，为聚合物材料特性的高性能和功能化的分子水平开发做出贡献。
各向异性场中聚合物链的结构和物理特性研究
- 主链聚合物液晶的相变行为和结构特性
主链聚合物液晶的相变行为由表达液晶的中位基因和柔性间隔物的重复组成，观察到特定热力学量的偶变性。 结合液晶状态下的重氢NMR测量和旋转异性状态近似分析，确认可以定量掌握间隔物特有的向列结构，建立了研究方法，并澄清了偶致效应的原因。 利用揭示的向列关系，对偶极矩、磁化率各向异性、光学各向异性实验值等进行了评价。
- 液晶聚合物各向异性相形成的分子学研究
将液晶各向异性相-各向异性相变中的热力学量变化与分子取向和分子结构等分子水平信息联系起来，在实验上定量地揭示链状分子在单轴各向异性场中的作用。 通过PVT测量，精确确定体积恒定下的过渡熵变化，定量揭示相变相互作用的贡献。 为了构建液晶聚合物的热力学理论，我们进行了各种分子设计的液晶分子实验和计算机模拟。