改变高分子构象的新方法—太赫兹激光

材料牛注：高分子材料的构象对材料的性能具有重要的影响，太赫兹激光作为改变构象的新秀引起了广泛的注意，让我们一同探索其中的奥妙吧！

来自RIKEN Center for Advanced Photonics（RAP）的科学家，首次成功地使用太赫兹激光使高分子的构象发生永久性变化，从而使结晶后的高分子构象模式增多。构象变化对高分子科学来说非常重要，因为构象的变化可以引起材料特性的改变，就蛋白质而言，构象变化可以影响特定生物学功能的执行。这项工作发表在Scientific Reports上，是协同Osaka University完成的。

据RAP的Hiromichi Hoshina所说，“采用太赫兹激光对材料进行改性这一方法很有前景，因为它们可以在接近氢键振动的频率处产生共振，而氢键可使高分子组装成一定的构象，所需能量相比于构成高分子分子结构的共价键低很多。因此，他们可以提供一个较为“温和”的方法来改变构象而不是通过诱导化学变化。

然而，采用太赫兹波辐照诱导变化的困难之一在于，这些材料具有迅速地恢复到热平衡状态的倾向。为了克服这一困难，该研究团队采用溶剂浇铸结晶后的高分子进行实验，这是因为结晶后的高分子的构象得到固定，这使他们能够有效地“固定”工作成果，并检测这些变化。

当研究团队采用由Osaka University科学和工业研究学院所研制的峰值功率为40兆瓦/ cm2的太赫兹自由电子激光FEL照射高分子（3-羟基丁酸酯）/氯仿溶液时，发现该材料的结晶度增加了20％。表明实验是成功的。

引起研究人员惊讶的是在这项研究中使用的峰值功率远远低于之前文献所报道的近红外和可见激光。起初他们认为，结晶可能是因温度变化所引起的，但测量后发现，两区域之间温度差小于1℃，这样小的温度差异是不足以解释结晶度的变化。他们也考虑过太赫兹波可能会直接引起分子间振动的加剧，但并没有发现任何与波长显著相关的东西，因为如果这一效果是由于共振的差异引起的，那应该能找到。

研究员Hoshina还说道：“我们首次发现太赫兹波能有效诱导聚合物高分子中分子的重排。尽管我们推测，这可能与材料中冲击波的产生有关，但这一过程发生的确切机制仍然还是一个谜团。太赫兹波常被称为“电磁频谱的未开发边疆” ，而我们也计划在今后的工作中探寻太赫兹波究竟有什么特别之处。”

他也提到：“我们对这一工作感到很激动，因为这可能给我们提供一个控制分子结构及开发新型功能材料的新方法。”

原文链接：Using terahertz laser, scientists change the macromolecular conformation of a polymer

本文由编辑部王宇提供素材，黄敏编译，丁菲菲审核。