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能实时观察高分子聚合物生长的巧妙设计
康奈尔大学的一个研究团队发明了一种能直观地看到高分子聚合物链在触媒作用下如何增长的手段。他们在《Science》上发表的论文里，详细解释了他们如何实现这一壮举，并且忍不住描述了他们在观看分子链条实时增长时激动雀跃的心情。
Credit: Science (2017). DOI: 10.1126/science.aan6837
化学家们知道，应用催化剂时，聚合物的分子形成链条，并且持续生长。大多数科学家可以在头脑中产生模拟的画面。研究人员头脑中的化学过程图景是从蠕虫身上吸取的灵感，一只短小的蠕虫按照固定的节奏稳步成长，越来越长。但是现在，由于康奈尔的团队第一次发现了一种可以实时观察这一过程的方法，所以原来的图景将被淘汰。
说明一下他们的设计。为了能观察到分子链条的发展，研究人员将初始分子链的一端固定在一块玻璃板上。另一端连接到磁性颗粒上，磁性颗粒又与钌催化剂结合。随着催化剂的应用，研究人员通过光学显微镜和其他光谱工具观察，嗯，中间还用到了一把小镊子。随着链条的增长，研究人员用镊子精细操作将链条重新拉伸到直线形状。在这样做的时候，研究人员实际上已经可以看到它的增长。但是在实际操作时，研究人员发现，这个过程并不是连续的。相反，催化剂导致分子链条纠缠成球状，就像毛线卷成毛线球。球将成型时，会突然打开，让链条自动伸展到其全长的状态。又从在链条这一端点开始，一个新的球将成未成逐渐变大，重复前面的过程。如此反复，导致聚合物以蓄力，然后跳跃的方式生长。
研究人员也不清楚高分子聚合物为什么会先形成球状，后面的研究将要搞清这个问题。正如他们所指出的，了解聚合物的生长方式，将有助于更好地了解催化活性，生长速率和聚合物的其他性质；也可以帮助他们更好地描述涉及细胞生长的生物过程，重要的如蛋白质链和核酸。