一种获取受限熔体中单个聚合物分子扩散以及运动模式的测量方法技术

本发明专利技术公开了一种获取受限熔体扩散场单个聚合物分子扩散信息以及运动模式的测量方法。该方法包括如下步骤：1)将荧光分子探针标记于聚合物分子的末端；2)将所述聚合物的溶液与荧光标记聚合物的溶液混合，然后采用所述混合溶液制备受限超薄膜熔体；3)将激光照射于所述受限超薄膜过冷熔体上，收集所述荧光分子探针发射的荧光信号；所述荧光信号被单光子探测器检测到，通过对荧光信号强度的分布分析可以精确的得到标记聚合物分子的位置信息；4)通过在受限超薄膜熔体内提取标记聚合物分子的空间坐标，就能计算得到受限熔体中单个聚合物分子的扩散信息和对应的扩散模式。该方法既可以得到精确位置的扩散信息，而且具有单分子级别的分辨率和灵敏度。

A method for obtaining molecular diffusion and movement pattern of single polymer in confined melt

The invention discloses a measurement method for obtaining diffusion information of a single polymer molecule in a restricted melt diffusion field and a movement mode. The method comprises the following steps: 1) labeling the fluorescent molecular probe at the end of the polymer molecule; 2) mixing the solution of the polymer with the solution of the fluorescent labeled polymer, and then preparing the restricted ultrathin film melt with the mixed solution; 3) irradiating the laser on the supercooled melt of the restricted ultrathin film and collecting the fluorescence. The fluorescence signal emitted by the molecular probe is detected by a single photon detector, and the position information of the labeled polymer molecule can be accurately obtained by analyzing the intensity distribution of the fluorescence signal. 4) The restricted melt can be calculated by extracting the spatial coordinates of the labeled polymer molecule in the confined ultrathin film melt. The diffusion information and the corresponding diffusion mode of a single polymer molecule. This method not only can obtain accurate diffusion information, but also has the resolution and sensitivity of single molecule level.

【技术实现步骤摘要】
一种获取受限熔体中单个聚合物分子扩散以及运动模式的测量方法
本专利技术属于高分子物理基础研究领域，特别涉及到一种获取受限熔体中单个聚合物分子扩散信息的测量方法。
技术介绍
测量聚合物分子受限熔体中的扩散信息一直是高分子物理领域的重要基础性研究工作。聚合物分子在受限熔体中的扩散与其和扩散介质的相互作用有着密切的联系，这方面的研究不仅将帮助我们更好的理解聚合物熔体宏观动态粘弹性的微观物理过程，也将帮助我们理解一些细胞介质中生物大分子的微观输运过程。受限熔体中的扩散可大体分为布朗扩散和分形布朗扩散。对于受限熔体中的布朗扩散SteveGranick等人用荧光恢复漂白技术成功的得到了界面上受限聚苯乙烯的平均布朗扩散信息(ChangqianYuandSteveGranick.RevisitingPolymerSurfaceDiffusionintheExtremeCaseofStrongAdsorption，Langmuir，2014，30：14538-14544)；MichaelRubinstein等人用二次离子质谱技术成功的测得了氘代聚苯乙烯的熔体薄膜中布朗扩散的分布信息(MichaelRubinsteinetal.,Long-RangeEffectsonPolymerDiffusionInducedbyaBoundingInterface，Phys.Rev.Lett，1997,79:241-244)；对于受限熔体的分形布朗扩散CecileFradin等人用荧光关联光谱技术测得生物受限环境中单个聚合物的受限扩散信息(DanielBanks,CharmaineTresslerandCecileFradin.SingleCharacterizinganomalousdiffusionincrowdedpolymersolutionsandgelsoverfivedecadesintimewithvariable-lengthscalefluorescencecorrelationspectroscopy，SoftMatter，2016，12：4190-4203)。然而，荧光恢复漂白技术对于受限熔体布朗扩散的平均信息可以获得很好的提取，但并不具备测量单个聚合物扩散信息的能力；二次离子质谱可以通过对聚合物标记，得到扩散的分布信息，但受制于标记的浓度要求，也无法获得单个聚合物的扩散信息。荧光关联光谱技术可以测量受限熔体中单个聚合物的扩散信息，但是对于解析扩散的运动模式有一定的模型依赖性，而在受限环境中的扩散往往偏离了理论模型的假设，并且这种技术更适合快扩散体系的测量，对于强受限体系的扩散灵敏度不够，因此不能满足受限环境中单个聚合物分子的扩散信息的测量和运动模式的解析。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种获取受限熔体中单个聚合物分子扩散信息以及运动模式的测量方法，该方法既可以得到精确位置的扩散信息，而且具有单分子级别的分辨率和灵敏度。本专利技术所提供的获取受限熔体扩散场单个聚合物分子扩散信息以及运动模式的测量方法，包括如下步骤：1)将荧光分子探针标记于聚合物分子的末端，得到荧光标记聚合物；2)将所述聚合物的溶液与所述荧光标记聚合物的溶液混合，得到混合溶液；然后采用所述混合溶液制备受限超薄膜熔体；3)将激光照射于所述受限超薄膜熔体上，收集所述荧光分子探针发射的荧光信号；所述荧光信号被单光子探测器检测到，通过对荧光信号强度的分布分析可以精确的得到标记聚合物分子的位置信息；所采用的测量系统包括：一用于作为激发光照射待测样品的激发光光源单元；一用于将所述激发光光源单元发出的激发光会聚到待测样品，同时将待测样品产生的荧光信号收集并导出的光学显微单元；一用于对待测样品进行单分子显微成像的单分子荧光成像单元；4)通过在受限超薄膜熔体内提取标记聚合物分子的空间坐标，通过坐标计算标记分子的均方位移，将所述均方位移与间隔时间进行线性拟合，从而得到受限熔体中单个聚合物分子的扩散信息和对应的扩散模式。上述测量方法中，步骤1)中所述荧光分子探针以化学反应键和的方式标记于聚合物分子的末端；所述荧光分子探针与所述聚合物分子的摩尔比为1：1～1.5，具体摩尔比可为1:1。上述测量方法中，步骤2)中所述聚合物的溶液的浓度为104～106nM，具体可为105nM；所述标记的聚合物的溶液的浓度为1～10nM；所述混合溶液中聚合物与标记的聚合物的摩尔比为103～106：1，具体可为105：1。上述测量方法中，步骤2)中所述的受限超薄膜熔体是采用旋涂法制备的；具体是由能够实施精确旋涂的甩膜仪完成的；所述甩膜仪的甩膜速度从1000rpm到6000rpm精确可控。所述受限超薄膜熔体的厚度为5-50nm，具体可为6nm。上述测量方法中，步骤3)中所述激发光光源单元包括一个激发光光源、若干反射镜、一个格兰泰勒棱镜、一个1/4波片、两个光阑、一个激光扩束镜、一个中性密度滤波片、一个二向色镜和一个光学凸透镜；所述激发光光源发出的激发光经若干反射镜反射后依次进入所述格兰泰勒棱镜和所述1/4波片使所述激发光由线偏振光转化为圆偏振光；所述圆偏振光依次经第一光阑、激光扩束镜、反射镜、第二光阑、反射镜、中性密度滤波片、二向色镜使之成为平行光；经所述二向色镜出射的平行光进入光学凸透镜，通过调节所述光学凸透镜实现激发光于所述光学显微单元的物镜后焦平面处聚焦从而出射为平行扩束的圆偏振光，进入所述光学显微单元。步骤3)中所述光学显微单元采用倒置显微镜，圆偏振光经高数值孔径物镜聚焦待测样品，待测样品的荧光探针经圆偏振光激发产生荧光，荧光经所述高数值孔径物镜收集并依次经光学凸透镜、二向色镜、发射光滤光片和反射镜发射到所述单分子荧光成像单元。步骤3)中所述单分子荧光成像单元采用单光子探测器，所述的单光子探测器可以为EMCCD相机。上述测量方法中，步骤4)中通过对荧光信号强度的分布分析得到信号的强度空间分布的中心坐标值；对荧光信号强度的分布分析采用信号强度分析系统，该系统包括数据采集卡和商业化软件。上述测量方法中，所述的荧光探针分子具体可为perylenediimidederivative(PDI)，其最大吸收波长为532nm，其结构式如式(I)所示：上述测定方法中，所述的聚合物分子具体可为人工合成的聚己内酯(PCL,n＝83，Mn/Mw＝1.5)，其结构式如式(II)所示：由于荧光分子探针是以化学反应键和的方式标记于聚合物分子的末端，而所述荧光分子探针的大小相比所述聚合物长链可以忽略不计，因此荧光分子的扩散就可以代表聚合物分子的扩散。本专利技术的测量方法，采用自行设计搭建的一种单分子荧光成像的测量系统，具有高的空间和时间分辨率，具有单分子级别的灵敏度，测量样品的浓度可以达到nM水平。附图说明图1是本专利技术所用的实验装置“单分子荧光成像的测量系统”的示意图。图2是荧光信号位置分布图。图3是单个聚合物分子的扩散信息以及对应的特定扩散模式。图中：0.二向色镜，1.金属膜全反射镜，2.光阑，3.中性密度滤波片，4.激光扩束镜，5.盖玻片，6.格兰泰勒棱镜，7.1/4波片，8.光学凸透镜，9.发射光滤光片，10.激光光源，11.EMCCD，12.高数值孔径物镜。具体实施方式下面通过具体实施例对本专利技术的方法进行本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种获取受限熔体扩散场单个聚合物分子扩散信息以及运动模式的测量方法，包括如下步骤：1)将荧光分子探针标记于聚合物分子的末端，得到荧光标记聚合物；2)将所述聚合物的溶液与所述荧光标记聚合物的溶液混合，得到混合溶液；然后采用所述混合溶液制备受限超薄膜熔体；3)将激光照射于所述受限超薄膜熔体上，收集所述荧光分子探针发射的荧光信号；所述荧光信号被单光子探测器检测到，通过对荧光信号强度的分布分析可以精确的得到标记聚合物分子的位置信息；所采用的测量系统包括：一用于作为激发光照射待测样品的激发光光源单元；一用于将所述激发光光源单元发出的激发光会聚到待测样品，同时将待测样品产生的荧光信号收集并导出的光学显微单元；一用于对待测样品进行单分子显微成像的单分子荧光成像单元；4)通过在受限超薄膜熔体内提取标记聚合物分子的空间坐标，通过坐标计算标记分子的均方位移，并且和间隔时间进行线性拟合，从而得到受限熔体中单个聚合物分子的扩散信息和对应的扩散模式。

【技术特征摘要】
1.一种获取受限熔体扩散场单个聚合物分子扩散信息以及运动模式的测量方法，包括如下步骤：1)将荧光分子探针标记于聚合物分子的末端，得到荧光标记聚合物；2)将所述聚合物的溶液与所述荧光标记聚合物的溶液混合，得到混合溶液；然后采用所述混合溶液制备受限超薄膜熔体；3)将激光照射于所述受限超薄膜熔体上，收集所述荧光分子探针发射的荧光信号；所述荧光信号被单光子探测器检测到，通过对荧光信号强度的分布分析可以精确的得到标记聚合物分子的位置信息；所采用的测量系统包括：一用于作为激发光照射待测样品的激发光光源单元；一用于将所述激发光光源单元发出的激发光会聚到待测样品，同时将待测样品产生的荧光信号收集并导出的光学显微单元；一用于对待测样品进行单分子显微成像的单分子荧光成像单元；4)通过在受限超薄膜熔体内提取标记聚合物分子的空间坐标，通过坐标计算标记分子的均方位移，并且和间隔时间进行线性拟合，从而得到受限熔体中单个聚合物分子的扩散信息和对应的扩散模式。2.根据权利要求1所述的测量方法中，其特征在于：所述步骤1)中，所述荧光分子探针以化学反应键和的方式标记于聚合物分子的末端；所述荧光分子探针与所述聚合物分子的摩尔比为1：1～1.5。3.根据权利要求1或2所述的测量方法，其特征在于：所述步骤2)中，所述聚合物的溶液的浓度为104～106nM；所述标记的聚合物的溶液的浓度为1～10nM；所述混合溶液中聚合物与标记的聚合物的摩尔比为103～106：1。4.根据权利要求1-3中任一项所述的测量方法，其特征在于：所述步骤2)中，所述的受限超薄膜过冷熔体是采用旋涂法制备的；具体是由能够实施精确旋涂的甩膜仪完成的；所述甩膜仪的甩膜速度从1000rpm到6000rpm精确可控；所述受限超薄膜过...

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