王炜、曹毅教授研究团队在疏水相互作用方面取得新进展

物理学学校王炜专家教授、曹毅专家教授科研精英团队在亲水性相互影响科学研究层面获得重大进展，她们发展趋势了单分子力谱的测量法，立即精确测量了聚乙烯金纳米颗粒的亲水性水合活化能与本身限度的关联，并在理论上推论了重新构建亲水性水合活化能的概念模型，对试验结论做好了非常好基础理论了解。有关結果以“Direct Measurement of Length Scale Dependence of Hydrophobic Free Energy of a Single Collapsed Polymer Nanosphere”题写， 于2019年1月31日线上发布于Physical Review Letters (DOI: 10.1103/PhysRevLett.122.047801)上。博士研究生邸维帅，高鹏和黄文茂为该毕业论文的一同第一作者，物理学学校朱振舒副研究员、秦猛专家教授、李文飞专家教授做出了重大奉献。

亲水性相互影响是分子伴侣自组装、高分子材料间相互影响的主要要素。因为亲水性分子结构的疏水性，对其水合活化能的试验精确测量和基础理论测算一直是难题。先人的理论模型中明确提出亲水性分子结构的水合活化能与分子结构的限度有一个相互依赖：在分子结构限度低于1nm时，水合能与分子结构容积展现线性相关，主要表现为熵效用核心的水合过程。而在分子结构限度超过1nm后，水合能与分子结构面积展现线性相关，主要表现为焓效用核心的水合过程。

在此项探究中，科学研究精英团队最先运用原子力显微镜探寻了聚乙烯纳米技术圆球在亲水性功效下的状态和力谱曲线图（图一）。三维成像表明在亲水性相互影响下，聚乙烯高分子材料链能产生一个个高密度的圆球，圆球的三维成像限度与基础理论预测的限度一致。单分子力谱层面，在聚乙烯纳米技术圆球解折叠式的环节中，发生典型性的力服务平台曲线图，相互配合refolding实验，确认这是一个可逆性的全过程。接着，科学研究精英团队干了有限元分析，发觉仅自来水合能与分子结构面积呈线性相关的結果不可以重新构建出试验上的力谱曲线图，具体表现为力服务平台的偏位，变化点的塌陷。而用面积和容积融合的线性相关，则能有效地持续出试验上的力谱曲线图，再一次确认了考虑到限度要素对亲水性水合活化能测算的必要性（图二）。最终，科学研究精英团队用试验测出的力谱曲线图，融合自身明确提出的理论模型和数值计算方法对聚乙烯纳米技术圆球的亲水性水合活化能开展了同时的测算。测算结果显示，纳米技术圆球的水合活化能在限度1nm周边发生一个变化点，在1nm以前，水合活化能与限度的三次方（即容积）呈线性相关，相匹配着金纳米颗粒较钟头，它的水合过程主要表现为融进水分构成的共价键互联网，产生管理体系的熵变。在1nm以后，水合活化能与限度的二次方（即面积）呈线性相关，相匹配着金纳米颗粒比较大时，水分构成的共价键互联网早已不可以容下金纳米颗粒，水分会在金纳米颗粒的表层再次排列，产生管理体系的焓变。因而，亲水性金纳米颗粒的水合过程，是一个由熵效用和焓效用一同核心的全过程，而后者，在金纳米颗粒限度慢慢扩大时，进一步表明相匹配着宏观经济上的水合效用（图三）。

图一：单分子力谱试验。a，单分子力谱解折叠式聚乙烯纳米技术圆球的平面图。b，聚乙烯纳米技术圆球的三维成像。c，典型性的力谱曲线图。在解折叠式纳米技术圆球的环节中，力是匀速运动的，发生一个非常典型的力服务平台。d，聚乙烯纳米技术圆球的折叠式试验。解折叠式与折叠式的力谱曲线图重叠表明试验是准静态数据、可逆过程。

图二：实体模型推论的平面图和有限元分析。a，将因亲水性功效坍缩的纳米技术圆球简单化成一个的半径为R的几何图形圆球，高分子材料开链则简单化成的半径为单个限度r的持续圆桶，拉申全过程中小型球体积与开链容积之和保持不变。b，水合能与面积呈线性相关(Harmonic)，面积加容积呈线性相关(Mixed)，对试验力谱曲线图的标值重新构建，后者可以非常好地重现试验上的力谱曲线图。

图三：亲水性水合活化能的测算。a，亲水性水合活化能与聚乙烯纳米技术小球半径的关联。b，亲水性水合活化能和纳米技术小球表面积的参考值与其说的半径的关联。图内展现一个显著的变化点。c，表面张力系数的统计分析，相匹配着b的竖线一部分。d，水合活化能与的半径关联变化点的统计分析。

这一发觉丰富多彩了大家对亲水性相互影响受体的多种多样自组装管理体系（如蛋白折叠式、细胞质产生、分子伴侣改变等）的了解，并为定量研究纳米技术限度自组装给予了新的方式。该工作中获得人力多孔结构科学与技术科技成果转化核心和固态多孔结构物理学我国重点实验室的适用，中间高等院校基本上科研项目业务费及其东南大学登峰人才计划的支助。

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