用于双稳态低聚物机器的系统和方法技术方案

在一些实施方式中，包括低聚物模块的分子和/或低聚物机器被选择和连接以表现出构象双稳定性，其中在低聚物模块之间的相对取向可响应于一个或多个刺激而从第一取向变为第二取向。向。向。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于双稳态低聚物机器的系统和方法
[0001]对相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2019年3月27日提交的美国临时专利申请No.62,824,610的优先权的权益，将其内容全部通过引用引入本文中。


[0003]本申请的目的在于纳米机械装置(器件)，其运转涉及纳米级低聚物结构体和/或其纳米级成分(组合物，composition)的构象双稳定性。

技术介绍

[0004]装置和机器的工业小型化典型地通过自顶向下设计进行。期望越来越小的组件和装置的创建，并且制造从微米级变到纳米级。在通过自顶向下设计接近约10nm的尺寸时，使用宏观装置的精确操纵的成本典型地增加并且可变得极其昂贵。替代地，由亚纳米(原子)尺寸的构建要素(元素)在纳米尺度上设计功能装置的自底向上策略可证明是有益的。表现出构象双稳定性的低聚物机器可提供纳米机械功能性，提供刺激响应控制，并且使得对于多种应用实现纳米级操纵，所述多种应用包括，但不限于，能量收集、刺激响应机械激活、感测、药物递送(给药)、和生物治疗药物。

技术实现思路

[0005]在一些实施方式中，包括低聚物模块的分子和/或低聚物机器被选择和连接(结合)以表现出构象双稳定性，其中低聚物模块之间的相对取向可响应于一个或多个(一种或多种)刺激而从第一取向变为第二取向。
[0006]在一些实施方式中，低聚物机器包括：合成材料，其包含第一低聚物模块和连接至第一低聚物模块以形成低聚物链的第二低聚物模块；在第一低聚物模块和第二低聚物模块之间的共连接(共结合)位置处的至少一个弯曲或铰链(铰接)部位，该弯曲或铰链部位允许在第一低聚物模块和第二低聚物模块之间的相对屈曲(弯曲、折曲)；至少一个发电元件；基底，其关于所述至少一个发电元件和低聚物链配置，使得在第一低聚物模块和第二低聚物模块之间的相对屈曲导致在低聚物链的至少第二低聚物模块和所述至少一个发电元件之间的机械相互作用，和其中低聚物链形成为使得响应于刺激，在第一低聚物模块和第二低聚物模块之间以引起在第二低聚物模块和发电元件之间的机械相互作用的方式发生相对屈曲，和其中该机械相互作用产生与所述至少一个发电元件有关的电压的变化。
[0007]在一些实施方式中，低聚物药物递送机器包括：第一低聚物模块；在弯曲或铰链部位处连接至第一低聚物模块以形成低聚物链的第二低聚物模块；以及捕获在第一低聚物模块和第二低聚物模块之间的治疗剂，其中低聚物链配置为使得在向其施加能量时，在第一低聚物模块和第二低聚物模块之间发生相对运动，使得捕获的治疗剂被释放。
[0008]在一些实施方式中，低聚物机器包括：配置用于引入哺乳动物体中的分子排布(arrangement of molecules)，所述分子被布置和选择成使得当暴露于规定温度时，所述
排布执行选自如下的至少一种机械功能：振动、伸展(伸长)、旋转、提升、压制(压缩)、啮合(ratcheting)、弹回(弹跳)和屈曲，其中规定温度是正常的哺乳动物体温且低于引起哺乳动物细胞坏死的温度，使得在向哺乳动物体引入分子排布时，直到分子排布暴露于至少等于规定温度的温度，分子排布才执行机械功能。
[0009]在一些实施方式中，低聚物机器包括：合成材料，其包含第一低聚物模块和连接至第一低聚物模块以形成低聚物链的第二低聚物模块；在第一低聚物模块和第二低聚物模块之间的共连接位置处的至少一个弯曲或铰链部位，该弯曲或铰链部位允许在第一低聚物模块和第二低聚物模块之间的相对屈曲；附着(附接)至第一低聚物模块的第一化学试剂；附着至第二低聚物模块的第二化学试剂，和其中低聚物链形成为使得响应于向其施加的规定量的能量，第一化学试剂和第二化学试剂被引起成为彼此接触和经历化学反应。
[0010]在一些实施方式中，低聚物机器包括：合成材料，其包含第一低聚物模块和连接至第一低聚物模块以形成低聚物链的第二低聚物模块；在第一低聚物模块和第二低聚物模块之间的共连接位置处的至少一个弯曲或铰链部位，该弯曲或铰链部位允许在第一低聚物模块和第二低聚物模块之间的相对屈曲；至少一个活塞元件；基底，其关于所述至少一个活塞元件和低聚物链配置，使得在第一低聚物模块和第二低聚物模块之间的相对屈曲导致在低聚物链的至少第二低聚物模块和所述至少一个活塞元件之间的机械相互作用，和其中低聚物链形成为使得响应于向其施加的规定量的能量，在第一低聚物模块和第二低聚物模块之间以引起在第二低聚物模块和活塞元件之间的机械相互作用的方式发生相对屈曲，和其中该机械相互作用产生机械力。
附图说明
[0011]图1说明低聚
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NIPAm
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20a的两种构象状态。
[0012]图2说明示例性低聚
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NIPAm
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20实施方式的回转半径对温度。
[0013]图3说明示例性低聚
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NIPMAm
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30实施方式的末端距(末端到末端的距离)d对压缩力F，其中Fc为临界压力。
[0014]图4说明与目前公开的实施方式的一些方面有关的欧拉拱(弧)。
[0015]图5说明由在欧拉拱的边缘之间的距离d对拉力F表示的尖点突变模型的分叉(分岔)图。
[0016]图6说明对于模拟的施加力的示例性实施方式，其中弯曲的低聚物链的一个边缘被固定，并且力F被施加到该链的另一边缘。
[0017]图7描绘示例性NIPMAm
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30低聚物的边缘到边缘的距离的时间序列。
[0018]图8描绘示例性实施方式低聚
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NIPMAm
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30的自发振动(顶部图片)以及当拉力F通过临界值时“打开(开放)”和“关闭”状态的访问数(visits)的统计权重。
[0019]图9描绘由弱振荡力控制的示例性NIPMAm
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30低聚物的随机共振。
[0020]图10描绘能够在两种构象之间自发地振动的双稳态系统。
[0021]图11描绘在临界拉力附近在振动机制(状态)中的示例性低聚
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NIPMAm
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30实施方式中的边缘到边缘的距离的时间依赖性。
[0022]图12描绘靠近(左边)和远离(右边)临界拉力的示例性低聚
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NIPMAm
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30实施方式的按最大值归一化的弯曲和拉伸状态的访问数的统计数据。
[0023]图13描绘对于拉力Fc＝400pN(左边图片)和F＝500pN(右边图片)，示例性NIPMAm
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30实施方式的围绕铰链部位的氢键的数量和该链的边缘到边缘的距离的时间依赖性。
[0024]图14描绘示例性的：(1400)双稳态低聚物，其具有附着至低聚物表面的单分子负荷；(1401)低聚
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NIPMAm
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30，其具有附着的负荷分子；压缩力被施加以控制低聚物的自发振动和随机共振；和(1402
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1405)测试的分子本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.配置为表现出构象双稳定性的低聚物机器组件，包括：具有第一末端和第二末端的第一低聚物模块；具有第一末端和第二末端的第二低聚物模块，其中第一低聚物模块的第一末端连接到第二低聚物模块的第一末端；和其中第一低聚物模块和第二低聚物模块的相对取向响应于施加的刺激而从第一取向变为第二取向。2.根据权利要求1的低聚物机器组件，其中低聚物机器组件响应于施加的刺激而在第一取向和第二取向之间反复地波动。3.根据权利要求1的低聚物机器组件，其中施加的刺激是第一刺激，并且第一低聚物模块和第二低聚物模块的相对取向在施加另外的刺激和/或停止第一刺激时从第二取向变为第一取向。4.根据权利要求1的低聚物机器组件，其中施加的刺激是如下的任意一种或多种：温度的变化、设定温度、电场、磁场、pH的变化、至少10皮牛的施加的力、规定量的能量、和/或离子强度的变化。5.根据权利要求1的低聚物机器组件，其进一步包括在第一和第二低聚物模块之间的共连接位置处的至少一个弯曲或铰链部位。6.根据权利要求5的低聚物机器组件，其中所述至少一个弯曲或铰链部位包括具有比第一和第二低聚物模块各自的柔性显著更大的柔性的第三低聚物模块。7.根据权利要求6的低聚物机器组件，其中施加的刺激使第三低聚物模块屈曲，而第一和第二低聚物模块保持基本上未屈曲。8.根据权利要求1的低聚物机器组件，其进一步包括至少一个扩展物，所述扩展物由不同于第一和第二低聚物模块的材料形成并且具有比所述低聚物模块的柔性小的柔性。9.根据权利要求1的低聚物机器组件，其中各低聚物链段具有0.5nm直至15nm的长度。10.根据权利要求1的低聚物机器组件，其中至少一个低聚物模块包括至少15个立构规整或立构不规整聚(N
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异丙基丙烯酰胺)的重复单元。11.根据权利要求1的低聚物机器组件，其中至少一个低聚物模块包括至少15个立构规整或立构不规整聚(N
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异丙基甲基丙烯酰胺)的重复单元。12.根据权利要求1的低聚物机器组件，其中第一低聚物模块包括至少5个立构规整或立构不规整形式的聚(N
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异丙基丙烯酰胺)的重复单元，第二低聚物模块不包括聚(N
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异丙基丙烯酰胺)且具有至少0.5nm的持续长度，并且第一低聚物模块的至少三分之一部分沿着所述至少三分之一部分的长度不屈曲超过50％。13.根据权利要求1的低聚物机器组件，其中第一或第二低聚物模块的至少一个包括全同立构嵌段。14.根据权利要求1的低聚物机器组件，其中第一或第二低聚物模块的至少一个包括无规立构嵌段。15.根据权利要求1的低聚物机器组件，其中第一或第二低聚物模块的至少一个包括间同立构嵌段。16.根据权利要求1的低聚物机器组件，其中第一和第二低聚物模块被选择和连接，使得低聚物机器组件配置为具有在250K
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400K内的构象转变温度。
17.根据权利要求1的低聚物机器组件，其中第一和第二低聚物模块包括共同的单体单元。18.根据权利要求1的低聚物机器组件，其进一步包括刚性分子结构体例如纳米管或DNA。19.根据权利要求1的低聚物机器组件，其中连接的第一和第二低聚物模块包括全同立构聚(N
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异丙基丙烯酰胺)嵌段和无规立构聚(N
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异丙基丙烯酰胺)嵌段。20.根据权利要求1的低聚物机器组件，其中连接的第一和第二低聚物模块包括在两个聚(2
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异丙基
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N
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甲基丙烯酰胺)嵌段之间的聚(N
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异丙基甲基丙烯酰胺)嵌段。21.低聚物机器，包括：合成材料，其包含第一低聚物模块和连接至第一低聚物模块以形成低聚物链的第二低聚物模块；在第一低聚物模块和第二低聚物模块之间的共连接位置处的至少一个弯曲或铰链部位，所述弯曲或铰链部位允许在第一低聚物模块和第二低聚物模块之间的相对屈曲；至少一个发电元件；基底，其关于所述至少一个发电元件和低聚物链配置，使得在第一低聚物模块和第二低聚物模块之间的相对屈曲导致在低聚物链的至少第二低聚物模块和所述至少一个发电元件之间的机械相互作用；和其中低聚物链形成为使得响应于刺激，在第一低聚物模块和第二低聚物模块之间以引起在第二低聚物模块和发电元件之间的机械相互作用的方式发生相对屈曲，并且其中所述机械相互作用产生与所述至少一个发电元件有关的电压的变化。22.根据权利要求21的低聚物机器，其进一步包括在所述至少一个弯曲或铰链部位处附着到低聚物链的至少一个光吸收元件，其中具有光吸收元件的低聚物链形成为使得响应于施加到光吸收元件的规定量的光能，在第一低聚物模块和第二低聚物模块之间以如下的方式发生相对屈曲：引起在第二低聚物模块和所述至少一个发电元件之间的机械相互作用以产生与所述至少一个发电元件有关的电压的变化。23.根据权利要求21的低聚物机器，其进一步包括用于选择性结合能检测的分子的设置在低聚物链的所述至少一个弯曲或铰链部位处的至少一个化学特异性位点，其中具有化学特异性位点的低聚物链形成为使得响应于能检测的分子的结合，在第一低聚物模块和第二低聚物模块之间以如下的方式发生相对屈曲：引起在第二低聚物模块和所述至少一个发电元件之间的机械相互作用以产生与所述至少一个发电元件有关的电压的变化。24.根据权利要求21的低聚物机器，其中发电元件包括如下的至少一种：压电元件、纳米颗粒、纳米线或纳米层。25.根据权利要求21的低聚物机器，其中低聚物链包括在两个聚(2
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异丙基
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N
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甲基丙烯酰胺...

【专利技术属性】
技术研发人员：弗拉迪克阿韦蒂索夫，罗曼伊利耶夫，
申请(专利权)人：罗曼伊利耶夫，
类型：发明
国别省市：