有關鏈摺疊的結晶生長機制一直是高分子結晶學的研究目標之一。鏈摺疊代表了片狀高分子晶體以及蛋白質β-摺疊中的模板構型。因此，理解鏈摺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。
近日，南京大學胡文兵教授在物理學頂級綜述期刊Physics Reports（5年影響因子：22.000）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。
該綜述基於實驗、理論和分子模擬相結合的視角，從鏈摺疊的發展歷程、物理起源、晶體生長、解摺疊以及在蛋白質摺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摺疊與解摺疊的理解，闡述了鏈摺疊的重要性。通過單鏈結晶自由能的計算，採用鏈內成核模型闡述了鏈摺疊的起源（圖1和圖2）。基於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，摺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摺疊，其微觀機理與鏈摺疊一致。正是由於高分子的解摺疊，才產生了具有獨特熱性能和機械性能的半結晶高分子。因此，鏈摺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，高分子鏈摺疊也可以成為理解蛋白質摺疊、錯誤摺疊和解摺疊的基本問題的原型模型。
圖1 鏈狀大分子的分子內成核模式和分子間纓狀膠束成核模式
圖2 高分子結晶鏈摺疊原理示意圖
綜上所述，理解高分子的鏈摺疊行為可以幫助我們理解獨特的高分子結晶行為甚至可以用作蛋白質複雜行為的原型模型，如快速的蛋白質摺疊、澱粉樣蛋白生長抑制和高蜘蛛絲韌性。因此，高分子鏈摺疊的物理學將有助於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》。
參考文獻：
[1] Wenbing Hu, The physics of polymer chain-folding. Physics Reports, 2018, DOI: 10.1016/j.physrep.2018.04.004
[2] 胡文兵. 高分子結晶學原理. 化學工業出版社, 2013.
[3] 胡文兵教授課題組網站 http://hysz.nju.edu.cn/hwb/
文章鏈接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0370157318301042
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