這種結(jié)構(gòu)是通過控制熱力學(xué)上有利的周期性組織來實(shí)現(xiàn)的，通常是通過快速冷卻熔體，從而在動(dòng)力學(xué)上捕獲類似液體的無定形結(jié)構(gòu)。由于長聚合物鏈的纏結(jié)或交聯(lián)降低了其分子流動(dòng)性，因此很容易用聚合物構(gòu)建出玻璃結(jié)構(gòu)。由于高分子量玻璃態(tài)聚合物通常具有固定的分子結(jié)構(gòu)，因此具有顯著的剛度，但其緩慢的分子擴(kuò)散速度需要加熱才能自我修復(fù)。相比之下，低分子量橡膠聚合物由于分子流動(dòng)性高，可在室溫下自我修復(fù)，但卻柔軟易變形。開發(fā)一種同時(shí)表現(xiàn)出強(qiáng)大的機(jī)械性能和在環(huán)境條件下自愈能力的玻璃材料是一項(xiàng)大的挑戰(zhàn)。

各種有機(jī)小分子盡管具有高遷移率，但仍可以通過非共價(jià)鍵組裝成無定形固體。為了形成分子玻璃，分子間相互作用必須很強(qiáng)，但需防止形成具有長程有序的超分子結(jié)構(gòu)。摻入具有強(qiáng)氫鍵作用的小分子可以滿足這一需求。以色列特拉維夫大學(xué)材料科學(xué)與工程系的Maxim Sokol 和 Ehud Gazit教授在研究中探索發(fā)現(xiàn)利用可以與結(jié)構(gòu)水非共價(jià)交聯(lián)的小分子酪氨酸三肽（YYY）來構(gòu)建短芳香三肽 YYY的超分子無定形玻璃。這項(xiàng)成果獨(dú)特地結(jié)合了高分子聚合物玻璃和低分子聚合物玻璃相互矛盾的屬性：既具有很高的剛性，又在室溫下可以進(jìn)行完全的自修復(fù)，為制備多功能聚合物玻璃提供了新的方法，對科學(xué)和工程中的各項(xiàng)應(yīng)用都非常有利。

研究內(nèi)容

原始的YYY肽是一種白色固體粉末，沒有任何粘合特性。 但與水分子作用后，可自聚合成高粘性、透明的YYY多肽無定型組織。這種無定型組織顯示出類似硅酸鹽玻璃的外觀（圖 1a），并表現(xiàn)出兩種基本的玻璃特征： 首先，粉末 X 射線衍射（PXRD）圖中沒有離散的布拉格峰（圖 1b）；其次，差示掃描量熱法 (DSC) 熱分析圖顯示其在室溫下是是固態(tài)玻璃相，但在 37 °C 時(shí)表現(xiàn)出隨時(shí)間變化的玻璃化轉(zhuǎn)變（圖 1c）。研究發(fā)現(xiàn)這種多肽玻璃具有出色的透明度：不僅在可見光到紅外光譜范圍內(nèi)都是透明的，而且與沒有肽層的兩塊玻璃相比，具有更高的透射率，其在中紅外區(qū)域的透明度高達(dá) 12 μm。

圖1. 肽玻璃組件及其光學(xué)特性。a，固體YYY肽玻璃的宏觀形貌。b，干燥的YYY肽玻璃的PXRD圖譜（插圖：YYY 的分子結(jié)構(gòu)）。c，在環(huán)境條件下以 10 °C min?1 的速率從 -40 °C 干燥至 120 °C 的玻璃樣品的 DSC 熱分析圖， Tg表示玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。d，用 YYY 薄膜將兩張顯微鏡載玻片固定在一起，重疊部分為25mm×25mm。 e，YYY 膠片和玻璃重疊部分（藍(lán)色）的光透射率與作為對照的載玻片（水已蒸發(fā)）（黑色）的光透射率。

自聚合YYY 肽玻璃的分子機(jī)制研究表明，水質(zhì)子與肽中的羥基和氨基質(zhì)子之間存在很強(qiáng)的相互作用，因此結(jié)構(gòu)水充當(dāng)著肽分子之間的橋梁，穩(wěn)定整體結(jié)構(gòu)。但水分子是局域的，從而產(chǎn)生與玻璃性質(zhì)一致的非晶體結(jié)構(gòu)。拉伸試驗(yàn)顯示水合肽玻璃具有高延展性。低溫掃描電子顯微鏡 (cryo-SEM)表明水合肽玻璃的納米級變形呈塑性，具有聚合物固有的變形特性，證明了YYY 肽與水通過非共價(jià)交聯(lián)形成的強(qiáng)大的分子間內(nèi)聚力。此外，在稀釋溶液中，檢測到類聚合物網(wǎng)絡(luò)，支持了肽在水存在下自組裝成超分子聚合物的觀點(diǎn)。同時(shí)，高分辨率掃描電子顯微鏡（HR-SEM）觀察到干燥狀態(tài)下的肽玻璃顯示出脆性裂紋。宏觀上干燥后的肽玻璃硬而脆，類似于硅酸鹽玻璃。熱力學(xué)研究也表明了自聚合YYY肽玻璃的類似聚合物的行為，同時(shí)水具有塑化作用。假設(shè)肽玻璃已經(jīng)失去了所有增塑水分子，它應(yīng)該接近其高硬度特性。研究者利用布魯克納米壓痕設(shè)備（Hysitron TS 77 Select，Bruker）測量了新型玻璃的折合楊氏模量和硬度，結(jié)果發(fā)現(xiàn)硬度為 747 ± 120 MPa，彈性模量為 Er = 12 ± 1 GPa，與已知的聚合物玻璃相當(dāng)。同時(shí)，研究者利用納米壓痕自帶的原位掃描功能獲取和觀察了壓痕后的圖像。

進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，在環(huán)境條件下組裝的肽玻璃暴露在極其干燥的條件下時(shí)，裂紋會(huì)在幾秒鐘內(nèi)擴(kuò)展，這是塑化水分子突然脫水的結(jié)果。有趣的是，暴露在潮濕的環(huán)境中后，肽玻璃會(huì)因水合作用自我修復(fù)，不會(huì)留下裂紋痕跡。由于水在結(jié)構(gòu)中的關(guān)鍵作用，這種特殊的肽玻璃在基礎(chǔ)肽科學(xué)方面令人著迷。 此外，其強(qiáng)大的機(jī)械性能和自修復(fù)能力對于材料工程特別有利。