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上海市自然科学奖一等奖项目“液晶高分子的结构调控及其功能化”——

新型液晶高分子材料有望重用

2016年04月19日   04 :专题   稿件来源:解放日报  


    石 翎
  
  小到电子表、计算器上的液晶数字显示,大一点到手机屏幕,再大些到液晶电视,上述物品中大多是液晶小分子在发挥作用。液晶高分子则是把大量液晶分子单元连接在一起形成的聚合物,近几十年来相关技术发展迅速。作为新型液晶材料,液晶高分子的结构更为复杂,性能趋于多样,在航天航空科技、生物材料、能源信息等领域具有重要应用价值。
  10多年来,华东理工大学林嘉平教授团队始终专注于液晶高分子的基础研究,在制备合成、性能表征、应用基础研究等方面成果频出,受到国内外同行的高度关注和认可,至今已发表SCI论文186篇,他引次数高达2313次,其中130篇论文影响因子大于3.0,20篇重要论文他引945次,单篇最高他引133次,并在国内外学术会议上作大会报告2次,特邀报告41次。
  聚肽是由氨基酸及其衍生物聚合形成的聚合物,具有液晶刚性链结构。这种特征使聚肽成为研究液晶高分子性能的很好的模型。另一方面,氨基酸及其衍生物是组成生物蛋白质的最基本单元,由氨基酸及其衍生物聚合而成的聚肽与蛋白质有相类似的结构,研究聚肽对了解蛋白质的结构及生命现象具有十分重要的意义,对目前正在逐步形成的生物高分子学科也有积极作用。更重要的是,聚肽是一类重要的生物医用材料,在生物医用材料领域有重要的应用,例如,作为药物控释载体和组织工程支架材料等。
  一般而言,我们吃的药都有一定的有效浓度范围,浓度太低达不到药效,浓度高了又对人体有毒。以传统的胶囊药物为例,胶囊外衣溶解后,里面的药物会快速释放,较快地达到甚至超过有效浓度,而后浓度又较快地降下来,因而药效持续时间短,导致一天要吃好几次药。而通过对聚肽这类液晶高分子的深入系统研究,研究团队设计研制了多种基于聚肽自组装胶束的药物控释载体,具有可控性强、生物安全性好和载药量大的特征。也就是说,聚肽的特殊结构可以让药物在人体内有效地缓慢释放,或许我们以后一天吃一次药就可以了。不止如此,聚肽还可以搭载多种药物,并且可于不同的时间释放不同的药物,以达到最佳疗效。另一方面,聚肽是由氨基酸及其衍生物聚合而成的,生物相容性好,且对人体无毒。
  PBZ类液晶高分子(含PBO)是继Kevlar  纤维之后的新一代高性能材料,实现其高分子量聚合物合成和结构可控制备,对开发液晶高分子的应用领域有着重要的意义。聚亚苯基苯并二噁唑(PBO)纤维,被誉为21世纪超级纤维,具有质轻、高强、高模和耐高温耐腐蚀等优异性能,可应用于航天航空等高新技术领域。基于长期深入系统的基础研究工作,目前研究团队已全面掌握了PBO纤维聚合物纺丝液的化学合成、物理特性和流变性能等基特性,在此基础上,成功设计加工了PBO聚合纺丝一体化装置。该成果得益于研究团队对聚苯并唑(PBZ)类液晶高分子化学合成机理长期研究的基础工作。此外,近期研究还发现,可以通过改变其聚集态结构,控制PBZ类液晶高分子的光电性能。利用PBZ类液晶高分子的共轭结构,还开发出了兼具导电性能和优异力学性能的结构功能一体化材料。
  在长期的科研工作中,团队成员也是硕果累累。其中,1人获得国家杰出青年科学基金资助,1人入选国家百千万人才工程,2人入选教育部新世纪优秀人才,2人入选上海市曙光学者。团队累计培养了42名博士和48名硕士,其中1人获全国百篇优秀博士论文提名奖,3人入选上海市优秀博士论文,1人入选上海市优秀硕士论文。

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