有關鏈折疊的結晶生長機制一直是高分子結晶學的研究目標之一。鏈折疊代表了片狀高分子晶體以及蛋白質β-折疊中的模板構型。因此，理解鏈折疊對研究高分子結晶以及一些基本的蛋白質性質是至關重要的。
在國家自然科學基金項目資助下，近日，南京大學化學化工學院高分子科學與工程系胡文兵教授在物理學頂尖綜述期刊Physics Reports上發表了題為《The physics of polymer chain-folding》的綜述文章，胡文兵教授為唯一作者。
該綜述基于實驗、理論和分子模擬相結合的視角，從鏈折疊的發展歷程、物理起源、晶體生長、解折疊以及在蛋白質折疊的應用等方面系統地介紹了目前對片狀高分子晶體中鏈折疊與解折疊的理解，闡述了鏈折疊的重要性。通過單鏈結晶自由能的計算，采用鏈內成核模型闡述了鏈折疊的起源（圖1和圖2）。基于片晶的側向生長前沿處的可逆分子內次級晶核，得到了高分子晶體生長的速率方程。因此，可以解釋許多獨特的高分子晶體生長現象，包括半晶質結構、shish-kebab微晶和有限的片晶厚度。另外，折疊的高分子鏈在晶體退火、熔融以及應變誘導的熔融重結晶時能夠進行解折疊，其微觀機理與鏈折疊一致。正是由于高分子的解折疊，才產生了具有獨特熱性能和機械性能的半結晶高分子，所以適當解折疊的取向高分子結晶材料為合成纖維、塑料薄膜和塑料容器提供了優越的力學性能。
鏈折疊是解決高分子材料的結晶、熔融行為以及控制其性能的關鍵。實際上，高分子鏈折疊也可以成為理解蛋白質折疊、錯誤折疊和解折疊的基本問題的原型模型，如快速的蛋白質折疊、淀粉樣蛋白生長抑制和高蜘蛛絲韌性。
圖1 鏈狀大分子的分子內鏈折疊成核模式和分子間纓狀微束成核模式
圖2 高分子結晶鏈折疊原理示意圖
高分子鏈折疊的物理學將有助于我們對材料科學和生命科學中許多具有挑戰性問題的進一步理解。有關高分子結晶學的更詳細介紹，請參考胡文兵教授的專著《高分子結晶學原理》。
文章鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0370157318301042
