
【化】 worm-like chain
worm
【醫】 helminth; helmintho-; scoleco-; vermi-; worm
account; certificate; condition; shape; state; written complaint
【醫】 appearance
catenary; chain
【醫】 chain
蠕蟲狀鍊(worm-like chain)是高分子物理學中用于描述半柔性聚合物鍊構象的經典模型,其核心特征是鍊段呈現類似蠕蟲的連續彎曲形态而非完全剛性或自由連接狀态。該模型由Kratky和Porod于1949年首次提出,後經多位學者完善發展。
從數學建模角度,蠕蟲狀鍊的特征長度由持續長度(persistence length)$L_p$決定,該參數通過Kratky-Porod方程量化鍊的彎曲剛度: $$ langle theta rangle = frac{L}{L_p} $$ 其中$L$為鍊的總長度,$theta$為鍊段彎曲角度。此公式揭示了材料剛度與熱擾動之間的平衡關系。
在生物物理領域,該模型成功解釋了DNA的力學性質,實驗表明雙鍊DNA的持續長度約為50納米,這一參數對理解基因複制、轉錄調控等過程具有關鍵作用。相關研究可見《生物物理學期刊》(Journal of Biophysics)的專題論述。
材料科學中,蠕蟲狀鍊理論指導了液晶高分子材料的設計,如聚對苯二甲酰對苯二胺(PPTA)纖維的優化生産。美國化學會高分子材料分會(ACS PMSE)的技術手冊對此有詳細記載。
英國劍橋大學高分子研究所的2023年研究進一步拓展了該模型,發現其在描述病毒衣殼自組裝過程中的應用潛力,相關成果發表于《自然·材料》期刊(Nature Materials)。
蠕蟲狀鍊是高分子物理學中用于描述具有一定剛性的高分子鍊構象的模型,介于完全剛性鍊和柔性鍊之間。以下是其核心要點:
1. 基本定義與特點
蠕蟲狀鍊模型将高分子鍊視為連續彎曲的曲線,鍊上任意點的曲率方向呈無規變化,類似于蠕蟲的彎曲形态。其核心參數是持續長度(Lp),定義為無限長鍊的末端距在第一個鍵方向上的平均投影值,Lp越大表明鍊的剛性越強。
2. 與柔性鍊的對比
自由連接鍊(如PE、PP)是柔順性最好的模型,而蠕蟲狀鍊因受化學鍵類型、鍵角限制、單鍵内旋轉受阻等因素影響,柔順性降低,剛性更顯著。
3. 應用領域
4. 典型實例
該模型常用于描述DNA、剛性合成高分子(如某些聚電解質)等半柔性鍊的構象統計特性。
如需更深入的數學公式或具體案例,可參考高分子物理教材或相關研究文獻。
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