可定制的可定bundlemers有望成为新材料的基础

聚合物是由较小分子的重复链组成的材料，天然例子包括橡胶和丝绸，新材人造聚合物包括尼龙，基础氯丁橡胶，可定塑料和树脂。有望在实验室中创建新的新材聚合物是一个很难控制的过程，因为结构通常形成为无组织的基础缠结线，因此研究人员正在寻找创建更易于定制的可定聚合物以更广泛应用的方法。

新的有望研究描述了一种新型的合成聚合物亚基，它可以迎来新的新材应用浪潮。研究人员之间的合作宾州和特拉华大学展示了如何自组装和可定制的聚合物可以通过将这些新的亚基，被称为“bundlemers，”采用高效，可控的化学反应来产生。该研究发表在《自然》上。

宾夕法尼亚大学的Jeffery Saven和特拉华大学的Darrin Pochan从2012年开始合作，当时他们刚开始合作设计材料。在开发了几种类型的具有可自定义功能的自组装化学结构后，他们求助于特拉华州的克里斯托弗·克洛辛(Christopher Kloxin)，测试了一些实验方法，他们希望可以将新的分子组合(在这种情况下为氨基酸)组装成聚合物构件。

在团队合成实验室中的任何东西之前，Saven的计算化学小组使用模型来分析可能的氨基酸序列，以帮助该小组确定哪种组合最适合合成和测试。计算化学是必不可少的起点，因为可能存在大量的序列，并且每个位置都可以选择20种天然氨基酸中的一种。即使是10个氨基酸的短链也有超过10万亿个可能的组合。他们的模型还考虑了氨基酸如何在链上彼此相互作用，以洞悉序列可能形成何种类型的结构，例如螺旋或棒状。

随后，Saven的小组与特拉华州团队紧密合作，讨论了他们的模型可能无法捕捉到的其他实际考虑因素。萨文说：“某些序列可能比其他序列更容易创建，或者您可能会遇到溶解度难以从计算中预测的问题。”

所得的捆扎剂(特拉华州研究人员创造的一个术语)是由四个单独的肽组成的，这是类似于纳米圆柱体的任何短链氨基酸的术语。然后，通过高效且受控的一系列化学反应(称为“喀哒”化学反应)将气瓶首尾相连。所用的连接反应类型也可以帮助控制聚合物的柔韧性。

他们创建的某些捆绑器的独特之处在于它们非常坚固。通常，聚合物像煮熟的面条一样松散而有弹性，但某些捆扎机又长又细又结实，就像细面条一样。相对于任何已知的合成或天然聚合物，该捆扎剂的每单体重量具有更大的刚度。

萨文说，由短而自组装的肽制成的材料形成如此长，细而直的物体是不寻常的，而且捆扎机的整体结构与自然界中的任何东西都不相似。他补充说：“在自然界中，细胞内有微管和肌动蛋白丝，可以支撑细胞的结构，但就细丝半径和构件的尺寸而言，它们往往更大。”

除了高性能纤维，生物医学或替代超强材料的未来应用之外，捆扎机还可以成为尚未想到的其他应用的平台。Pochan说：“这些是供任何人使用的工具，无论您是化学家，工程师还是物理学家。”“很难想象人们广泛使用的等效材料或实验工具。这就像任何人设计未来事物的工具箱。”

研究人员现在计划研究这些薄而刚性的结构形成的机理。萨文说：“我们现在试图找出原因，以及某些分子决定因素是什么。”他补充说，计算化学将在预测氨基酸链如何组合在一起编码特定结构方面发挥重要作用。“了解如何构建新作品非常困难。在这方面，计算化学和理论化学可能是必不可少的。”

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