一种单个环形聚合物分子在固/液界面上扩散信息的测量方法技术

本发明专利技术公开了一种单个环形聚合物分子在固/液界面上扩散信息的测量方法。该方法包括如下步骤：(1)用荧光分子探针标记待测量的环形聚合物，得到荧光标记的环形聚合物；(2)配制荧光标记的环形聚合物溶液，将溶液固定在激发光光学窗口上，形成固/液界面；激光照射固/液界面，采用荧光关联光谱测量系统进行测量，即可得到扩散信息；荧光关联光谱测量系统中的光学显微单元采用倒置荧光显微镜，包括一显微镜物镜、一二向色镜、一发射光高通滤波片、一激发光带通滤波片、一针孔、一分束镜和一聚焦透镜。本发明专利技术方法可实现单个环形聚合物分子在固/液界面上扩散信息的测量，具有极高的空间分辨率，测量样品的表界面浓度可达每平方微米几个分子的水平。

【技术实现步骤摘要】
一种单个环形聚合物分子在固/液界面上扩散信息的测量方法
本专利技术属于高分子物理基础研究领域，特别涉及到一种单个环形聚合物分子在固/液界面上扩散信息的测量方法。
技术介绍
具有环形拓扑结构的大分子(包括生物大分子、合成聚合物)的界面动力学行为是生命现象中的基本过程，在生命体系中的遗传物质复制与输运过程中发挥着极为重要的作用。与此同时，关于合成的环形大分子在表界面上的扩散行为不仅是一个重要的基础物理问题，也具有着巨大的实用价值(新型胶黏剂的开发等)，同时其相关的研究成果还将对摩擦学、生物学以及高分子物理学等学科的发展产生重要的推动作用。因此，引进和开发用以研究环形高分子链在表界面上的扩散行为的技术是十分必要的。区别于传统的线性高分子，环形高分子没有了分子链末端，这赋予了其一系列特殊的物理性质，例如较小的均方回转半径和流体力学半径、较低的熔融和溶液粘度、以及较高的结晶温度等。在传统高分子链扩散的研究领域，链末端被认为起着至关重要的作用。例如：在描述传统线性高分子链扩散行为的经典蛇形理论中，链的运动被定义为从其末端开始进行的。因此，关于不具备无链末端的环形高分子链独特的扩散行为研究近年来受到了理论和实验学家的极大关注。在理论研究方面，针对环形高分子特殊的拓扑结构，发展了相应的变形虫模型描述其扩散行为；在实验研究方面，MichaelRubinstein等用流变学手段成功的得到了环形高分子在熔体中的模量-松弛时间曲线，进而推断其扩散松弛信息(MichaelKapnistos,MichaelLang,DimitrisVlassopoulos,WimPyckhout-Hintzen,DieterRichter,DonghyunCho,TaihyunChangandMichaelRubinstein.Unexpectedpower-lawstressrelaxationofentangledringpolymers，NatureMaterials，2008，7：997-1002)，YushuMatsushita等用动态二次离子质谱结合中子反射技术成功的得到了环形高分子的薄膜中分子互扩散信息(DaisukeKawaguchi,KeisukeMasuoka,AtsushiTakano,KeijiTanaka,ToshihikoNagamura,NaoyaTorikai,RobertM.Dalgliesh,SeanLangridge,andYushuMatsushita.Comparisonofinterdiffusionbehaviorbetweencyclicandlinearpolystyreneswithhighmolecularweights，Macromolecules，2006，39：5180-5182)，DieterRichter等用中子散射结合中子自旋回波技术成功的得到了不同分子量的环形高分子在其熔体中的整链扩散及链段扩散信息(AnaR.Bras,RossanaPasquino,ThanasisKoukoulas,GeorgiaTsolou,OlafHolderer,AurelRadulescu,JurgenAllgaier,VlasisG.Mavrantzas,WimPyckhout-Hintzen,AndreasWischnewski,DimitrisVlassopoulosandDieterRichter，SoftMatter，2011，7：11169-11176)。然而，这些传统高分子测试技术并不具有空间分辨的能力，不能用于单个环形聚合物表界面动力学性质的表征。因此，目前对于单个环形高分子在表界面上的扩散行为研究还未有报道。虽然，MichaelJ.Skaug等曾使用单分子荧光追踪的方法用于单个分子扩散的研究(MichaelJ.Skaug,JoshuaMabry,andDanielK.Schwartz，PhysicalReviewLetters，2013，110：256101)，但是由于单分子荧光追踪的方法的时间分辨率仅适合于分子界面扩散极慢的体系(分子与界面相互作用极强)，并不适用于环形高分子界面扩散体系(分子与界面相互作用较弱)。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种单个环形聚合物分子在固/液界面上扩散信息的测量方法。本专利技术提供的一种单个环形聚合物分子在固/液界面上扩散信息的测量方法，包括如下步骤：(1)用荧光分子探针标记待测量的环形聚合物，得到荧光标记的环形聚合物；(2)配制所述荧光标记的环形聚合物溶液，将所述溶液固定在激发光光学窗口上，形成所述固/液界面；激光照射所述固/液界面，采用荧光关联光谱测量系统进行测量，即可得到所述扩散信息；所述荧光关联光谱测量系统包括：一用于作为激发光照射所述环形聚合物溶液的激发光源单元；一光学显微单元，所述光学显微单元用于将所述激发光源单元出射的激发光经所述激发光光学窗口引入所述荧光标记的环形聚合物上，使得所述荧光标记的环形聚合物受激发产生荧光信号，并将产生的荧光信号收集发射到一荧光关联光谱测量单元；所述荧光关联光谱测量单元用于获取荧光信号，得到所述单个环形聚合物分子在所述固/液界面上的扩散信息；所述光学显微单元采用倒置荧光显微镜，包括一显微镜物镜、一二向色镜、一发射光高通滤波片、一激发光带通滤波片、一针孔、一分束镜和一聚焦透镜，所述激发光经所述显微物镜发射到位于所述样品固定单元中的荧光标记的环形聚合物，经荧光标记的环形聚合物激发的荧光经所述显微物镜收集后发射到所述二向色镜，经所述二向色镜出射的荧光信号经所述发射光高通滤波片和针孔发射到分束镜，经分束镜出射的一部分光经所述聚焦透镜发射到所述荧光关联光谱测量单元；所述激发光源单元的出射端设置所述激发光带通滤波片。上述的测量方法，步骤(1)中，所述环形聚合物的结构式如式Ⅰ所示：其中，n为10～250之间的整数，R为羧基、羟基和氨基中的任一种。所述荧光分子探针的结构式如式Ⅱ所示：所述荧光标记的环形聚合物溶液的浓度小于10nM，如5nM。所述环形聚合物与所述荧光分子探针的摩尔比可为1：(2～10)，如1：5。所述标记在避光的条件下进行，温度可为20～30℃，时间可为8～14h。上述的测量方法，步骤(2)中，所述方法在形成所述固/液界面之后所述测量之前还包括将所述溶液替换为所述溶液的溶剂的步骤。所述激发光源单元采用连续激光或飞秒脉冲激光；所述激发光源单元包括一个以上不同波长的激光器、若干反射镜、若干光阑、第一扩束镜和第二扩束镜，所述第二扩束镜的入射端设置一中性密度滤光片，所述激光器发出的光分别经若干所述反射镜和所述光阑并依次经所述第一扩束镜和第二扩束镜进行两级扩束将激发光束直径扩大以确保其尺寸大于所述光学显微单元的显微镜物镜进光孔。所述测量系统还包括一第二荧光关联光谱测量单元、一反射镜和一聚焦透镜，经所述分束镜出射的另一部分光经所述反射镜反射到所述聚焦透镜，经所述聚焦透镜出射的光发射到所述第二荧光关联光谱测量单元；所述荧光关联光谱测量单元均包括一单光子探测器以和一数据采集卡，单光子探测器将探测接收的荧光信号转换为电信号经数据采集卡发送到一计算机进行关联性分析以及关联函数的拟合，从而获得所述单个环形聚合物分子的扩散信息本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种单个环形聚合物分子在固/液界面上扩散信息的测量方法，包括如下步骤：(1)用荧光分子探针标记待测量的环形聚合物，得到荧光标记的环形聚合物；(2)配制所述荧光标记的环形聚合物溶液，将所述溶液固定在激发光光学窗口上，形成所述固/液界面；激光照射所述固/液界面，采用荧光关联光谱测量系统进行测量，即可得到所述扩散信息；所述荧光关联光谱测量系统包括：一用于作为激发光照射所述环形聚合物溶液的激发光源单元；一光学显微单元，所述光学显微单元用于将所述激发光源单元出射的激发光经所述激发光光学窗口引入所述荧光标记的环形聚合物上，使得所述荧光标记的环形聚合物受激发产生荧光信号，并将产生的荧光信号收集发射到一荧光关联光谱测量单元；所述荧光关联光谱测量单元用于获取荧光信号，得到所述单个环形聚合物分子在所述固/液界面上的扩散信息；所述光学显微单元采用倒置荧光显微镜，包括一显微镜物镜、一二向色镜、一发射光高通滤波片、一激发光带通滤波片、一针孔、一分束镜和一聚焦透镜，所述激发光经所述显微物镜发射到位于所述样品固定单元中的荧光标记的环形聚合物，经荧光标记的环形聚合物激发的荧光经所述显微物镜收集后发射到所述二向色镜，经所述二向色镜出射的荧光信号经所述发射光高通滤波片和针孔发射到分束镜，经分束镜出射的一部分光经所述聚焦透镜发射到所述荧光关联光谱测量单元；所述激发光源单元的出射端设置所述激发光带通滤波片。...

【技术特征摘要】
1.一种单个环形聚合物分子在固/液界面上扩散信息的测量方法，包括如下步骤：(1)用荧光分子探针标记待测量的环形聚合物，得到荧光标记的环形聚合物；(2)配制所述荧光标记的环形聚合物溶液，将所述溶液固定在激发光光学窗口上，形成所述固/液界面；激光照射所述固/液界面，采用荧光关联光谱测量系统进行测量，即可得到所述扩散信息；所述荧光关联光谱测量系统包括：一用于作为激发光照射所述环形聚合物溶液的激发光源单元；一光学显微单元，所述光学显微单元用于将所述激发光源单元出射的激发光经所述激发光光学窗口引入所述荧光标记的环形聚合物上，使得所述荧光标记的环形聚合物受激发产生荧光信号，并将产生的荧光信号收集发射到一荧光关联光谱测量单元；所述荧光关联光谱测量单元用于获取荧光信号，得到所述单个环形聚合物分子在所述固/液界面上的扩散信息；所述光学显微单元采用倒置荧光显微镜，包括一显微镜物镜、一二向色镜、一发射光高通滤波片、一激发光带通滤波片、一针孔、一分束镜和一聚焦透镜，所述激发光经所述显微物镜发射到位于所述样品固定单元中的荧光标记的环形聚合物，经荧光标记的环形聚合物激发的荧光经所述显微物镜收集后发射到所述二向色镜，经所述二向色镜出射的荧光信号经所述发射光高通滤波片和针孔发射到分束镜，经分束镜出射的一部分光经所述聚焦透镜发射到所述荧光关联光谱测量单元；所述激发光源单元的出射端设置所述激发光带通滤波片。2.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于：步骤(1)中，所述环形聚合物的结构式如式Ⅰ所示：其中，n为10～250之间的整数，R为羧基、羟基和氨基中的任一种。3.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶少勇，郑锴锴，杨京法，赵江，
申请(专利权)人：中国科学院化学研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11