二维拉曼相关光谱在新兴生物聚合物研究中有何应用？

二维（2D）拉曼相关光谱是分析受外部扰动影响的系统的强大分析技术。特拉华大学材料科学与工程系、Danimer Scientific公司的Isao Noda一直在开发2D拉曼相关光谱，并将其应用于各种材料的研究，包括令人兴奋的新型生物聚合物。他最近向我们介绍了这项工作。

Isao Noda

在SciX最近的论文和演讲中，您讨论了使用二维（2D）拉曼相关光谱研究特定的共聚物。这种方法与其他用于研究共聚物的方法有什么不同？是什么让这种方法成为这种类型分析的一个很好的选择？

二维相关光谱正在成为一种非常通用的工具，用于从外部扰动影响下的样品获得的光谱数据中提取相关信息。我们迅速冷冻熔化的生物可降解聚酯，并监测在羰基拉伸及拉曼光谱极低频（THz）区域结晶化过程中拉曼光谱的演变。二维光谱是通过两个独立的光谱变量定义的平面图获得的，相当于两个拉曼位移轴，通过应用一种形式的拉曼光谱的时变演化而交叉相关。通过沿第二维扩展重叠的频带，表观频谱分辨率得到增强。

由此获得的二维拉曼相关谱提供了关于拉曼强度变化的相对方向以及结晶过程中强度变化的顺序的信息。因此，结晶过程的非常详细的逐步的机械描述被揭示，涉及晶体成核，初级晶体生长然后形成层状结构，以及随后在层状物之间的受限空间中的次级晶体。

与侧重于非常具体的指标表征的传统分析方法相比，以结晶度或分子链取向为例，拉曼光谱与二维相关分析相结合，基于遍及光谱区域的多种观测资料的结合，提供了高度整合的信息。该技术特别适合分析复杂系统，如半结晶共聚物。

您研究了poly[(R)-3-hydroxybutyrate-co-(R)-3-hydroxyhexanoate]（PHBHx）共聚物的等温结晶行为。为什么这个共聚物是研究的重要目标？ 您的研究结果表明了什么？

PHBHx是最近推出的一种生物基完全可生物降解的聚合物，具有极佳的加工和最终用途的热机械性能，预期的有利的生产成本和近期的商业可用性，以及许多非常有吸引力和耐人寻味的特性，例如显着的压电响应。作为一种新产品，人们对该材料的真正潜力知之甚少。我们的研究揭示了这种材料如何建立其晶体结构，提供了如何改善加工条件以使该生物聚合物制造商业利润的重要线索。

您期望这项研究对整个领域有什么影响？

我认为影响将会很大。虽然拉曼光谱和二维相关分析都已经发展了有一段时间了，这种强大的组合使得探索新引入的生物塑料实际重要结晶过程的细节成为可能。我们获得的惊人结果肯定会超出我的预期。

您还用2D拉曼相关光谱做了其他什么应用？

它可用于非常广泛的应用领域。除了塑料、橡胶和其他聚合物材料的进一步研究之外，该技术必将在生物样品、药物等中找到更多的应用。我相信我们只是触及了这个巨大的应用潜力的表面。

您使用2D拉曼相关光谱的研究的下一步计划是什么？

在不远的将来，我们在分析PHBHx共聚物体系，如与其他聚合物的共混物、添加剂的影响以及探索加工和其他操作对形态和晶体多晶型物的控制效果等等方面都可以进行很多探索。我们当然也会开始探索生物塑料以外的系统，并鼓励该领域的其他同事尝试2D拉曼相关光谱学。

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