论文题目：巯基-双键迈克尔加成的力化学研究及应用
摘要：以机械作用为标志的力化学作为全新的化学反应研究与应用途径,有别于光化学、电化学、热化学等传统化学分类,在生化合成、药物设计、表面加工等诸多领域占据了愈发重要的地位。然而作为一门年轻的学科,力化学依然有许多未知的领域等待探索与挑战。在本硕士毕业论文中,我们从巯基-双键迈克尔加成反应中具体地选择了若干体系,期望探索力化学途径在这些反应体系中的表现,从单分子力学到宏观机械操控等多个不同的层面对力化学反应特性进行研究并面向应用拓展。在第1章中,我们从力化学的定义与发展出发,详细介绍了数种单分子力学与宏观力化学研究方法;同时我们还对蘸笔纳米刻印术进行了简单地介绍,并讨论了其与力化学反应体系结合的现状与发展前景;在第2章中,我们选择巯基-马来酰亚胺的迈克尔加成产物作为主要研究对象,这一结构具有反迈克尔解离与水解开环两种化学变化路径,一些初步的单分子力化学研究已经指出机械牵引可以显著促进巯基-马来酰亚胺结合物的水解,得到更稳定的共价结构。基于既有研究成果与推论,我们使用超声振荡液体所产生的空化效应,对设计有巯基-马来酰亚胺结合体的高分子链进行拉伸处理并化学表征;更进一步,我们利用这套力致水解开环的化学体系设计一组抗体-药物结合物,探索应用力化学路径处理该结合物以提升其在生命环境下的稳定性。在第3章中,我们发挥力化学高简捷、低污染的优势探索压力引发巯基与丙烯酰胺加成的全新化学反应路径。通过适当的化学修饰设计,藉由原子力显微镜的探针与基板施加短促的压力,我们成功引发了巯基-丙烯酰胺的迈克尔加成反应,并通过聚乙二醇高分子链的展开标记这一单分子事件;而在宏观尺度上,我们对小分子丙烯酰胺与巯醇的混合底物施加高速机械挤压,利用球磨技术成功实现了力化学合成应用。在第4章中,基于我们对单分子力谱中化学键解离事件的理解,我们设计运用一对弱化学键进行化学吸附,进而提高巯基与丁烯力致迈克尔加成反应的通量,以强共价键将小分子固定在特定压力施加位点,初步实现了基于力化学体系衍生的蘸笔微米级打印。
关键词：巯基-双键迈克尔加成;力化学;单分子力谱;超声拉伸;蘸笔纳米刻印术
学科专业：生物物理学
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 力化学的定义与发展
1.2 宏观力化学研究方法
1.2.1 研磨挤压
1.2.2 拉伸与超声
1.3 单分子力化学
1.3.1 基于原子力显微镜的单分子力谱
1.3.2 单分子力谱的修饰设计
1.4 力化学与蘸笔纳米刻印术
1.4.1 蘸笔纳米刻印术(DPN)的发展
1.4.2 基于各化学体系衍生的DPN加工技术
1.4.3 基于力化学设计DPN衍生加工技术
1.5 本论文选题意义与研究内容
第二章 琥珀酰亚胺硫醚键的超声拉伸及应用
2.1 引言
2.2 实验与方法
2.2.1 实验试剂
2.2.2 琥珀酰亚胺硫醚分子的合成
2.2.3 超声处理高分子链及化学表征
2.2.4 曲妥珠单抗-聚乙二醇结合物(AB-PEG)的合成
2.2.5 超声处理AB-PEG
2.2.6 超声强化AB-PEG链接的对比表征
2.3 结果与讨论
2.3.1 超声作用下力致开环的化学分析
2.3.2 超声强化AB-PEG链接的实验讨论
2.4 结论
第三章 巯基-丙烯酰胺的单分子力化学及球磨合成
3.1 引言
3.2 实验与方法
3.2.1 实验试剂
3.2.2 基板处理
3.2.3 针尖修饰
3.2.4 单分子力谱实验
3.2.5 Ellman试剂比色分析
3.2.6 球磨合成
3.2.7 球磨产物分离与表征
3.3 结果与讨论
3.3.1 单分子力谱实验设计
3.3.2 单分子力谱实验数据分析
3.3.3 球磨合成实验分析
3.4 结论
第四章 巯基-端烯的力化学蘸笔刻印术应用
4.1 引言
4.2 实验与方法
4.2.1 实验试剂
4.2.2 图案模板修饰
4.2.3 待压印基板处理
4.2.4 压印设备搭建
4.2.5 压印预处理及压力参数
4.2.6 荧光染色
4.2.7 荧光图像表征
4.3 结果与讨论
4.3.1 力化学蘸笔刻印体系的设计
4.3.2 碳-硫键解离强度的单分子力谱
4.3.3 平整度优化及荧光表征结果
4.4 结论
第五章 总结与展望
5.1 总结
5.2 展望
参考文献
致谢