化学家对合成聚合物的基本块进行成像

合成聚合物在我们的社会中无处不在——从尼龙和聚酯服装到特氟龙炊具和环氧树脂胶。在分子水平上，这些聚合物的分子由长链单体结构单元组成，其复杂性增加了许多此类材料的功能性。

文理学院(A&S)PeterJWDebye化学教授PengChen表示，特别是，由同一链中不同类型单体组成的共聚物可以对材料的性能进行微调。单体序列在材料的性能中起着至关重要的作用，但迄今为止，科学家们还缺乏对合成共聚物进行测序的方法。

Chen及其同事开发了CREATS(超分辨率成像耦合反应方法)，该方法使他们能够以单一单体分辨率对聚合催化反应进行成像，并通过荧光信号传导来区分单体。两者都是发现合成聚合物分子组成的重要步骤。

他们在《自然化学》发表的《单一合成聚合物的光学测序》中描述了这项技术以及他们利用该技术取得的第一个发现。

共同主要作者是叶荣、孙向成和毛贤文，他们都是陈组的前博士后研究员。共同作者包括前陈氏课题组博士后研究员SusilBaral和ChunmingLiu、现任博士后研究员FelixAlfonso以及蒂施大学化学和化学生物学(A&S)教授GeoffreyCoates。

“合成聚合物是由像一串珠子一样连接在一起的单体单元制成的，”陈说。在最简单的聚合物中，单体是相同的，但当聚合物包含不同种类的单体(称为共聚物)时，就会出现更复杂的特性。共聚物中单体的精确排列对其性能(例如刚度或柔韧性)起着重要作用。

陈说，序列在天然聚合物的特性中也发挥着重要作用。例如，蛋白质是由20个氨基酸单体以非常特定的顺序排列而成。

“在天然聚合物中，自然具有控制权，”陈说。“在合成聚合物中，人类正在做出安排，而化学家通常没有那么精确的控制。”

陈说，对共聚物进行测序之所以如此困难，很大程度上是因为合成聚合物的异质性。各个链的长度、组成和序列不同，这需要能够解析和识别各个单体的单聚合物测序方法。

Chen说，一些现代方法允许科学家控制链中单体的排列，但仅限于非常短的聚合物——10到20个单体长。

使用CREATS，研究人员可以通过对添加到聚合物中的每个单体进行成像和识别，确定聚合物制造时的序列，一次一个单体。为了使单体可见，CREATS将聚合反应与另一个产生荧光信号的反应结合起来。

“每个进入的单体都会发出一股光，”陈说。“光是由激光引起的，并且这股光有颜色。在我们的例子中，它要么是绿色，要么是黄色。通过观察它是黄色还是绿色，我们就可以看到其中含有什么单体。”

该实验室已经配备了测量合成聚合物性能的设备。现在他们可以确定单个聚合物的序列，下一步是将两个实验结合起来以关联结构和功能，最终为聚合物设计提供指导原则以实现某些性能。

“如果你知道序列如何控制属性，你就可以真正考虑设计任何你想要实现某种属性的序列，”陈说。“这些知识大概可以帮助人们根据所需的应用定制材料。”