用于双稳态低聚物机器的系统和方法与流程

用于双稳态低聚物机器的系统和方法
1.对相关申请的交叉引用
2.本技术要求2019年3月27日提交的美国临时专利申请no.62,824,610的优先权的权益，将其内容全部通过引用引入本文中。
技术领域
3.本技术的目的在于纳米机械装置(器件)，其运转涉及纳米级低聚物结构体和/或其纳米级成分(组合物，composition)的构象双稳定性。


背景技术：

4.装置和机器的工业小型化典型地通过自顶向下设计进行。期望越来越小的组件和装置的创建，并且制造从微米级变到纳米级。在通过自顶向下设计接近约10nm的尺寸时，使用宏观装置的精确操纵的成本典型地增加并且可变得极其昂贵。替代地，由亚纳米(原子)尺寸的构建要素(元素)在纳米尺度上设计功能装置的自底向上策略可证明是有益的。表现出构象双稳定性的低聚物机器可提供纳米机械功能性，提供刺激响应控制，并且使得对于多种应用实现纳米级操纵，所述多种应用包括，但不限于，能量收集、刺激响应机械激活、感测、药物递送(给药)、和生物治疗药物。


技术实现要素：

5.在一些实施方式中，包括低聚物模块的分子和/或低聚物机器被选择和连接(结合)以表现出构象双稳定性，其中低聚物模块之间的相对取向可响应于一个或多个(一种或多种)刺激而从第一取向变为第二取向。
6.在一些实施方式中，低聚物机器包括：合成材料，其包含第一低聚物模块和连接至第一低聚物模块以形成低聚物链的第二低聚物模块；在第一低聚物模块和第二低聚物模块之间的共连接(共结合)位置处的至少一个弯曲或铰链(铰接)部位，该弯曲或铰链部位允许在第一低聚物模块和第二低聚物模块之间的相对屈曲(弯曲、折曲)；至少一个发电元件；基底，其关于所述至少一个发电元件和低聚物链配置，使得在第一低聚物模块和第二低聚物模块之间的相对屈曲导致在低聚物链的至少第二低聚物模块和所述至少一个发电元件之间的机械相互作用，和其中低聚物链形成为使得响应于刺激，在第一低聚物模块和第二低聚物模块之间以引起在第二低聚物模块和发电元件之间的机械相互作用的方式发生相对屈曲，和其中该机械相互作用产生与所述至少一个发电元件有关的电压的变化。
7.在一些实施方式中，低聚物药物递送机器包括：第一低聚物模块；在弯曲或铰链部位处连接至第一低聚物模块以形成低聚物链的第二低聚物模块；以及捕获在第一低聚物模块和第二低聚物模块之间的治疗剂，其中低聚物链配置为使得在向其施加能量时，在第一低聚物模块和第二低聚物模块之间发生相对运动，使得捕获的治疗剂被释放。
8.在一些实施方式中，低聚物机器包括：配置用于引入哺乳动物体中的分子排布(arrangement of molecules)，所述分子被布置和选择成使得当暴露于规定温度时，所述
排布执行选自如下的至少一种机械功能：振动、伸展(伸长)、旋转、提升、压制(压缩)、啮合(ratcheting)、弹回(弹跳)和屈曲，其中规定温度是正常的哺乳动物体温且低于引起哺乳动物细胞坏死的温度，使得在向哺乳动物体引入分子排布时，直到分子排布暴露于至少等于规定温度的温度，分子排布才执行机械功能。
9.在一些实施方式中，低聚物机器包括：合成材料，其包含第一低聚物模块和连接至第一低聚物模块以形成低聚物链的第二低聚物模块；在第一低聚物模块和第二低聚物模块之间的共连接位置处的至少一个弯曲或铰链部位，该弯曲或铰链部位允许在第一低聚物模块和第二低聚物模块之间的相对屈曲；附着(附接)至第一低聚物模块的第一化学试剂；附着至第二低聚物模块的第二化学试剂，和其中低聚物链形成为使得响应于向其施加的规定量的能量，第一化学试剂和第二化学试剂被引起成为彼此接触和经历化学反应。
10.在一些实施方式中，低聚物机器包括：合成材料，其包含第一低聚物模块和连接至第一低聚物模块以形成低聚物链的第二低聚物模块；在第一低聚物模块和第二低聚物模块之间的共连接位置处的至少一个弯曲或铰链部位，该弯曲或铰链部位允许在第一低聚物模块和第二低聚物模块之间的相对屈曲；至少一个活塞元件；基底，其关于所述至少一个活塞元件和低聚物链配置，使得在第一低聚物模块和第二低聚物模块之间的相对屈曲导致在低聚物链的至少第二低聚物模块和所述至少一个活塞元件之间的机械相互作用，和其中低聚物链形成为使得响应于向其施加的规定量的能量，在第一低聚物模块和第二低聚物模块之间以引起在第二低聚物模块和活塞元件之间的机械相互作用的方式发生相对屈曲，和其中该机械相互作用产生机械力。
附图说明
11.图1说明低聚-nipam-20a的两种构象状态。
12.图2说明示例性低聚-nipam-20实施方式的回转半径对温度。
13.图3说明示例性低聚-nipmam-30实施方式的末端距(末端到末端的距离)d对压缩力f，其中fc为临界压力。
14.图4说明与目前公开的实施方式的一些方面有关的欧拉拱(弧)。
15.图5说明由在欧拉拱的边缘之间的距离d对拉力f表示的尖点突变模型的分叉(分岔)图。
16.图6说明对于模拟的施加力的示例性实施方式，其中弯曲的低聚物链的一个边缘被固定，并且力f被施加到该链的另一边缘。
17.图7描绘示例性nipmam-30低聚物的边缘到边缘的距离的时间序列。
18.图8描绘示例性实施方式低聚-nipmam-30的自发振动(顶部图片)以及当拉力f通过临界值时“打开(开放)”和“关闭”状态的访问数(visits)的统计权重。
19.图9描绘由弱振荡力控制的示例性nipmam-30低聚物的随机共振。
20.图10描绘能够在两种构象之间自发地振动的双稳态系统。
21.图11描绘在临界拉力附近在振动机制(状态)中的示例性低聚-nipmam-30实施方式中的边缘到边缘的距离的时间依赖性。
22.图12描绘靠近(左边)和远离(右边)临界拉力的示例性低聚-nipmam-30实施方式的按最大值归一化的弯曲和拉伸状态的访问数的统计数据。
23.图13描绘对于拉力fc＝400pn(左边图片)和f＝500pn(右边图片)，示例性nipmam-30实施方式的围绕铰链部位的氢键的数量和该链的边缘到边缘的距离的时间依赖性。
24.图14描绘示例性的：(1400)双稳态低聚物，其具有附着至低聚物表面的单分子负荷；(1401)低聚-nipmam-30，其具有附着的负荷分子；压缩力被施加以控制低聚物的自发振动和随机共振；和(1402-1405)测试的分子负荷的样品：染料atto-390、激素、氨基酸色氨酸、雌二醇(estradinol)和三碘甲状腺原氨酸。
25.图15描绘具有和不具有附着的负荷分子的示例性低聚物的自发振动。
26.图16描绘具有单个色氨酸分子的示例性低聚物成分的“打开”和“关闭”状态的访问数的统计权重分布对压缩力。
27.图17描绘由不同负荷分子附着到示例性实施方式引起的示例性低聚-nipmam-30实施方式的自发振动区域的移动。
28.图18描绘示例性实施方式，其中(1800)低聚-nipmam-30成分的随机共振可在振动机制中通过弱的施加的振荡力诱导(引起)；和(1801)单个色氨酸分子的附着使振动机制改变且随机共振可变换成普通的受迫振荡。
29.图19描绘像活塞型发动机一样起作用的示例性纳米机器实施方式，其包括连接到两个纳米管的双稳态低聚物机器，所述两个纳米管之一在另一个内可逆地移动。
30.图20描绘示例性nipam-20i实施方式的展开(2000)和折叠(2002)形状。
31.图21描绘示例性nipmam-30s实施方式的回转半径对模拟时间。
32.图22描绘示例性nipmam-30s实施方式的展开(2200)和折叠(2201)形状。
33.图23描绘示例性nipmam-30i实施方式的展开(2300)和折叠(2301)形状。
34.图24描绘示例性nipmam 30i实施方式的回转半径对模拟时间。
35.图25描绘示例性nipam-21i-19s二嵌段实施方式的回转半径对模拟时间。
36.图26描绘示例性nipam-21i-19a二嵌段实施方式的展开(2600)和折叠(2601)形状。
37.图27描绘示例性21i-19a nipam二嵌段实施方式的回转半径对模拟时间。
38.图28描绘示例性nipam-12i-4s-12i三嵌段实施方式的展开(2800)和折叠(2801)形状。
39.图29描绘示例性12i-6s-12i nipam三嵌段实施方式的回转半径对模拟时间。
40.图30描绘示例性低聚-nipam-12i-8s-12i三嵌段实施方式的回转半径对模拟时间。
41.图31描绘示例性nipam-12i-8s-12i三嵌段实施方式的展开(3100)、折叠(3101)和半折叠(3102)状态。
42.图32描绘示例性低聚-nipmam-12i-7s-12i三嵌段实施方式的展开(3200)和折叠(3201)形状。
43.图33描绘示例性10-7-10-nmipam-nipmam-nmipam嵌合(chimeric)成分：(3300)和(3302)是在打开和关闭构象状态下所述嵌合成分的形状；(3301)嵌合成分的温度诱导的双稳定性；和(3103)在t＝320k下所述成分的自发振动。
44.图34描绘示例性聚(对-亚苯基)成分。
45.图35描绘示例性纳米镊子(纳米钳)实施方式的初始(打开)(3500)和最终(关闭)
(3501)状态。
46.图36描绘在示例性实施方式中通过pnipam连接的棒状片段的末端之间的距离对时间。
47.图37描绘用具有15个单体单元的棒状聚(对-亚苯基)片段和作为动力单元的低聚-nipam-30s构建的纳米镊子的示例性实施方式：左边：在该示例性实施方式中的低聚-nipam-30s能够以33％质子化程度压缩所述棒；右边：在该示例性实施方式中的低聚-nipam-30s不能够以50％质子化程度压缩所述棒。
具体实施方式
48.低聚物和/或分子机器可包括能够在纳米尺度表现出受控的运动的装置。一些低聚物和/或分子机器表现出构象双稳定性，其中这些机器在一些条件下可能够在施加一个或多个刺激时在至少两种构象之间变化。一些低聚物和/或分子机器可包括多种组件例如低聚物模块、弯曲和/或铰链区域、以及扩展物(extender)。在施加或解除施加(de-application)一个或多个刺激时，一些分子机器配置为执行多种机械运动，例如振动、折叠、弯曲和/或伸展。在一些实施方式中，机械运动可用于多种应用，尤其是例如感测、能量收集、药物递送和化学反应中。
49.双稳态低聚物和/或分子机器
50.低聚物机器可配置为表现出构象双稳定性，并且可包括低聚物模块，所述低聚物模块被选择和连接以响应于一个或多个刺激而表现出可控的和/或可再现的构象变化。构象双稳定性可特征在于存在至少两种可区分的构象状态，其中在这样的状态之间的自发的或可再现的转变可通过刺激例如外部可控的参数来控制。构象状态的非限制性实例包括分子、低聚物和/或聚合物材料的空间形状或排布。例如，低聚物链可具有拉伸形状，或者其可被折叠成弯曲形状。双稳定性意味着，对于期望的工艺或应用，至少两种构象状态是充分稳定的或亚稳的。例如，具有拉伸状态和弯曲状态的低聚物链可通过刺激而在拉伸状态和弯曲状态之间反复地(重复地)来回转变。表现出构象双稳定性的低聚物机器可用于纳米机械操作。纳米机械学(纳米力学)是指在纳米尺度上通过材料结构体例如分子、低聚物和/或聚合物结构体进行的运动。这样的结构体的原子波动典型地远小于结构体尺寸及其运动。当前，装置和机器的工业小型化是在自顶向下设计的基础上进行的。在目前，几十纳米的尺度是工业上可实现的。同时，如下变得明晰：在通过自顶向下设计接近约10nm的尺寸时，使用“宏观”装置的精确操纵的成本急剧增加并且在典型的批量生产中变得太昂贵。替代地，通过尺寸为少许(几，a few)纳米的物体的操纵应使用大致相同尺寸的“分子机器”。纳米机械学使得使用刚性纳米级材料在纳米尺度上实现机器似的运动。机器似的运动可意味着“坚硬的”单元的运动，即刚性结构体的运动，其中原子波动远小于结构体的特征尺寸及其运动的尺度。由于在室温下的原子波动是1埃的数量级，因此功能单元的最小尺寸将通常不显著小于1纳米。
51.低聚物包括少许和/或许多重复的单体单元。低聚物可包括一种或许多种类型的单体单元。例如，低聚物可包括一种、两种、三种或更多种类型的单体单元。单体的类型可没有特别限制，只要低聚物机器表现出构象双稳定性。例如，单体可包括丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、苯乙烯类、烯烃、共轭单体、噻吩、肽、2-异丙基-n-甲基丙烯
酰胺、和/或拟肽。在优选的实施方式中，单体单元包括n-异丙基丙烯酰胺(nipam)和/或n-异丙基甲基丙烯酰胺(nipmam)。一些低聚物可包括其中甲基和异丙基基团彼此替换的nipam的异构体(nmipam)。低聚物可通过多种方法合成。低聚物的合成没有特别限制且一些示例性技术包括迭代合成、逐步生长合成、聚合反应、活性聚合、活性自由基聚合、原子转移自由基聚合、阴离子聚合、阳离子聚合、可逆加成断裂链转移聚合、开环聚合、复分解反应、和/或固体负载合成。低聚物可以单个反应或多个反应合成。纯化技术可用于通过例如分子量、官能度(官能性)、立构规整度、立体化学、和/或区域选择性化学(regiochemistry)来将低聚物分级和/或分离。低聚物可含有多于一种单体类型且可具有多种构造例如嵌段共聚低聚物、支化低聚物、无规共聚低聚物、和/或梯度低聚物。低聚物可通过多种手段(例如点击化学、偶氮-炔烃化学、硫醇-烯化学、环氧化学、狄尔斯-阿尔德反应、链末端取代)偶联在一起，和/或可以单个和/或多个反应步骤合成在一起。低聚物可为遥爪的。可通过多种手段例如通过催化剂选择、溶剂选择、反应温度、配体选择、和/或聚合反应选择控制立构规整度。可通过如下控制低聚物的分子量：控制反应温度、单体浓度、引发剂浓度、抑制剂浓度、反应持续时间、合成后分离、和/或可终止反应。一些示例性实施方式包括包含n-异丙基丙烯酰胺(nipam)和/或n-异丙基甲基丙烯酰胺(nipmam)的低聚物。一些示例性实施方式包括n-异丙基丙烯酰胺和/或n-异丙基甲基丙烯酰胺的嵌段共聚低聚物。一些示例性实施方式包括具有一个或多个全同立构、无规立构和/或间同立构嵌段的n-异丙基丙烯酰胺和/或n-异丙基甲基丙烯酰胺的嵌段共聚低聚物。一些低聚物包括至少10个、至少15个、至少20个、至少25个、和/或至少30个单体单元。一些低聚物具有至少0.5nm、至少1nm、和/或至少2nm的持续(持久)长度。一些低聚物可为至少0.5nm、至少1nm、至少2nm、至少5nm、和/或至少10nm长。一些低聚物可具有下临界溶解温度(lcst)。一些低聚物可具有上临界溶解温度(ucst)。本体聚(n-异丙基丙烯酰胺)(pnipam)表现出lcst。低聚物的lcst可不同于由相同单体单元制成的更长的聚合物的lcst。低聚物的lcst可通过改变低聚物的组成而改变。低聚物的lcst可通过调整低聚物中的共聚单体的比率而改变。一些低聚物可为多分散的。一些低聚物可为单分散的。一些低聚物可不具有任何显著的多分散性。一些示例性实施方式可包括20-30个单元的pnipam的低聚物片段和相同长度的pnipmam(聚-n-异丙基甲基丙烯酰胺)。一些实施方式包括具有5-15个单元的中心pnipam片段和两个5-20个单元的末端pnmipam片段的嵌段共聚低聚物成分。这样的示例性实施方式可配置为表现出两种可清楚地辨别的构象状态，其中之一对应于低聚物片段的展开的拉伸形式，而另一种具有折叠的弯曲形式。在这些示例性实施方式中的在这些构象状态之间的转变实施片段部分的机械似的纳米级运动。
52.低聚物模块可连接在一起。低聚物模块可在低聚物模块的合成期间连接在一起。低聚物模块可在随后的反应中连接在一起。低聚物模块可在弯曲和/或铰链区域处连接在一起。弯曲和/或铰链区域可为低聚物结构体所固有的。弯曲和/或铰链区域可包括另外的分子和/或低聚物结构体。弯曲和/或铰链区域可包括来自连接反应例如点击反应、链端改性反应、硫醇-烯反应、偶氮-炔烃反应、狄尔斯-阿尔德反应、环氧反应、酯化反应、和/或环加成反应的残余产物。弯曲和/或铰链区域可为柔性的。弯曲和/或铰链区域可包括例如丙烯酰胺残余物(残基)、甲基丙烯酰胺残余物(残基)、醚连接体、氧乙烯单元、肽、和/或拟肽。
53.低聚物机器可配置为表现出构象双稳定性并且可包括低聚物模块，该低聚物模块
被选择和连接以响应于一个或多个刺激而表现出可控的和/或可再现的构象变化。这样的刺激可包括例如如下的一种或多种：温度的变化、设定温度、电场、磁场、ph的变化、至少10皮牛的施加的力、规定量的能量、能够与低聚物机器缔合和/或结合的化合物的添加、溶剂和/或共溶剂(助溶剂)的变化、和/或离子强度的变化。一个或多个刺激可在第一和第二构象之间来回诱导波动。一个或多个刺激可诱导从第一构象到第二构象的转变。一个或多个刺激可诱导从第一构象到第二构象的转变，且一个或多个另外的刺激可诱导从第二构象回到第一构象的转变。一个或多个刺激可诱导从第一构象到第二构象的转变，且在停止所述一个或多个刺激时，构象可从第二构象转变回到第一构象。低聚物机器可配置成在转变点例如转变温度处或附近随机地振动。低聚物机器可配置成在临界负载和/或动力(功率)负载处或附近随机地振动。转变温度可在250k-400k、275k-375k、和/或300k-350k之间。ph的变化可为ph的增加或ph的降低。温度的变化可为温度的升高或温度的降低。一些示例性实施方式可包括具有约10-15个单体单元的长度的低聚物n-异丙基丙烯酰胺(低聚nipam)、包含其中甲基和异丙基彼此替换的nipam的异构体(nmipam)的低聚物、低聚物聚-n-异丙基甲基丙烯酰胺(低聚-nipmam)、和/或嵌段共聚低聚物。在一些实施方式中，结构元件的纳米机械运动可通过如下实现：引发伴随有刚性分子片段的运动的在打开构象和折叠或关闭构象之间的转变。该现象不同于一些pnipam聚合物中的线团到球相转变。一些示例性实施方式显示出相当短的低聚物的构象双稳定性连同可再现性和机械似的运动的优点。
54.图1说明包括长度为20个单元的聚-n-异丙基丙烯酰胺(低聚-nipam-20)的两种可区分的构象状态的示例性实施方式，其具有在打开(100)和关闭(101)构象状态之间的温度受控的转变。一些实施方式可配置作为纳米机械动力单元，其包括两个具有约1纳米的持续库恩链段的低聚-nipam的结构元件。图2说明在290k下示例性低聚-nipam-20的在打开(200)和关闭(201)状态之间的温度受控的转变。图3说明在包括低聚-nipmam-30(元件303)的示例性实施方式中的构象转变的控制，其中压缩力(304)被施加到其中一个末端被固定(302)的低聚-nipmam-30的末端。在该示例性实施方式中，在接近于400pn的压力(压缩)下，打开的构象状态(305)变得不稳定，并且低聚物急剧地转变到关闭状态(306)。
55.在一些实施方式中，机械性质可类似于经典的非线性机械系统例如欧拉拱或齐曼突变机的作用。突变机是具有展示出“突变”的动力学的机械装置。图4描绘了欧拉拱，其为具有“突变”行为的最简单的机械构造之一并且由通过弹性铰链(404)连接的两个刚性棒(403和405)组成。为了展示出“突变”，欧拉拱的一个边缘被固定(402)且另一边缘通过外力压缩。随着压缩力达到临界值，欧拉拱突然变直。当压缩力增加时，欧拉拱显示双稳定性，具有从拉伸状态到弯曲状态(400和401描绘两种不同的弯曲状态)的跳跃式转变。对于小的拉力，欧拉拱保持拉伸，然而，一旦压缩力越过临界值，欧拉拱便突然弯曲。在动力学系统的理论中，这样的急剧变化被称为“突变”。因此，欧拉拱被称为“突变机”。可通过将拉力施加到弯曲的拱来展示相同的突变。欧拉拱的双稳定性通过如由图5所描绘的尖点突变模型的分叉图描述。在图5的区域i和v中，势能具有分别与弯曲的和伸直的欧拉拱有关的单个最小值。在区域ii和iv中，有两个能量最小值，其中它们之一占主导地位，而在区域iii中，两个局部能量最小值是对称的且两种状态都没有占主导地位。一些示例性实施方式包括纳米级低聚物机器组件，其配置为表现出“突变”机械行为。充当突变机的优选实施方式纳米机械装置可为由通过弯曲或铰链部位连接的两个持续库恩链段组成的低聚物成分。这样的实施
方式令人惊讶地展示出尺寸为少许纳米的低聚物成分的动力学行为。这可由通过计算机模拟方法研究的经受拉力作用的两种示例性低聚物成分(低聚-nipam-20、低聚-nipmam-30)证实。gromacs分子动力学包被用于进行在低于和高于从弯曲状态到拉伸状态的转变的临界温度的温度下在水中的低聚物成分的动力学的原子模拟。与tip3p显式水模型组合的opls-aa力场被用于描述分子间和分子内相互作用。在这样的示例性实施方式中，在恒定温度下呈弯曲(折叠)构象(600)的低聚物成分在链的一个边缘处经受施加的力(603)并且链的另一边缘被固定(602)，诱导向伸直(展开)构象(601)转变。图6中描绘了该配置。改变引发从弯曲状态到伸直状态的转变的拉力f，发现阈值力对于nipmam-30低聚物为约400pn(皮牛)、以及对于低聚-nipam-20低聚物为120pn。在图7中，显示了nipmam-30低聚物的边缘到边缘的距离的时间序列。曲线(701)对应于小于阈值的拉力，并且曲线(703)对应于大于阈值的拉力。小于阈值的拉力不刺激从弯曲构象到拉伸构象的转变。大于阈值的力刺激所述转变相当短的时间。当外力越过阈值时，所述成分的动力学呈现出构象双稳定性。图8展示出一些示例性实施方式的构象双稳定性。在图8中，曲线(802)对应于325pn的力，曲线(803)对应于350pn的力，曲线(804)对应于375pn的力，曲线(805)对应于400pn的力，且曲线(806)对应于425pn的力。在这些示例性系统中，在阈值力附近，低聚-nipmam-30和低聚nipam-20交替地访问弯曲和拉伸状态。以最高达20pn的小的偏差，对于低聚-nipmam-30在390pn附近展示出构象双稳定性，并且对于低聚-nipam-20在120pn附近展示出构象双稳定性。对于更大的偏差，低聚物成分具有明确的状态，分别为弯曲的或拉伸的。因此，通过动力学示例性实施方式可展示出双稳定性。在该意义上，低聚nipmam-30和低聚-nipam-20可配置为表现出“突变”纳米机械动力学。
56.在一些实施方式中，在阈值附近的控制参数的周期性(循环)变动可通过如下在随机振动机制中使用全原子计算机模拟展示：施加另外的弱的振荡力以模拟随机共振。在阈值fc＝400pn附近的拉力的周期性变动通过如下进行：施加弱的振荡电场，其具有范围0.01-1.00v/nm的振幅e0和从50到500mhz变化的频率。在这些控制参数的变动下明确地观察到随机共振。在图9中说明示例性实施方式，其中描绘了通过弱的振荡力控制的nipmam-30低聚物的随机共振。图(900)和(901)显示在两种状态之间的振动和在当不向低聚物施加振荡力时的情况下的振动的频率谱。图(902)和(903)显示自发共振效应和在当弱的振荡力控制低聚物振动时的情况下的转变的频率谱。在一些实施方式中，纳米尺度使得可以热波动直接进入双稳定性机制。在一些实施方式中，一类新的纳米机械装置即纳米振动器可通过利用双稳态低聚物成分的热激活振动的出乎预料的效果构建。图10是该原理的图示，其中(1000)描绘了在弯曲(1001)和拉伸(1002)状态之间振动的双稳态系统的能量分布图。图10的元件(1003)、(1004)、(1005)、(1006)、(1007)、(1008)和(1009)分别描绘拉伸构象、固定边缘、刚性元件、弯曲或铰链区域、刚性元件、施加的力、和振动作用。优选的纳米机械实施方式可为低聚-nipma-30或低聚-nipam-20成分，其由通过弯曲或铰链部位连接的两个长度为约1纳米的持续库恩链段组成。通过计算机模拟方法研究经受拉力作用的低聚物成分的动力学。gromacs分子动力学包被用于进行在高于转变温度时在水中的低聚物成分的原子模拟。与tip3p显式水模型组合的opls-aa力场被用于描述分子间和分子内相互作用。低聚物成分的动力学的特征在于链中的边缘到边缘的距离的时间依赖性。低聚物成分的热诱导振动通过在阈值附近的拉力的微调控制来建立。图11说明示例性实施方式并且显示在临
界拉力fc＝400pn附近在振动机制中的低聚-nipmam-30低聚物中的边缘到边缘的距离的时间依赖性。在用于示例性实施方式低聚-nipmam-30和nipam-20的拉力的阈值附近，所述低聚物交替地访问打开和关闭两种状态。以最高达10pn的相当小的拉力偏差，对于低聚-nipmam-30从400pn起发生在这些状态之间的振动，且对于nipam-20低聚物从120pn起发生在这些状态之间的振动。图12对于这些示例性实施方式展示了，对于较大的偏差，例如当双稳态电势非常不对称时，低聚物成分陷入所述两种状态之一中并且不产生振动。图12分别描绘靠近(1200)和远离(1201)临界拉力的示例性低聚-nipmam-30实施方式的按最大值归一化的弯曲和拉伸状态的访问数的统计数据。曲线(1202)、(1203)、(1204)、(1205)、(1206)、和(1207)分别对应于280pn、300pn、320pn、230pn、250pn、和280pn的力。在一些示例性实施方式中，非共价相互作用可被用于调制(调整)该双稳态振动行为。图13说明示例性实施方式，其中沿着低聚-nipmam-30的链和在低聚-nipmam-30之间以及围绕水的氢键键合调制振动。令人惊讶地，在这些示例性实施方式中，未观察到围绕nipmam-30链的边缘部分的氢键的数量与振动之间的相关性。图13描绘了nipmam-30低聚物的示例性实施方式，并且在左边的图片(1300和1301)中对于fc＝400pn的拉力和在右边的图片(1302和1303)中对于f＝500pn的拉力在顶部曲线(1300和1302)中显示了围绕铰链部位的氢键数量的时间依赖性并且在底部曲线(1301和1303)中显示了链的边缘到边缘的距离的时间依赖性。这样的实施方式显示，围绕nipmam-30低聚物的铰链部位的氢键在低聚物成分的机械似的振动中发挥主导作用。在该实施方式中，低聚物成分以平均约5纳秒的时间间隔交替地访问两种状态，其对应于跳过约10kbt的激活壁垒，并且通过铰链部位区域中的约1个氢键的代偿来调制振动。热诱导的振动揭示分子和/或低聚物机器的一些实施方式的重要特征。这样的实施方式的机械似的运动与热波动良好地区分，但同时，机器动作可甚至通过低电势的热能激活。
57.低聚物机器可包括一个或多个扩展物元件。一个或多个扩展物元件可附着到第一低聚物模块的一个末端。一个或多个扩展物元件可附着到第二低聚物模块的一个末端。一个或多个扩展物元件可附着到第一低聚物模块的一个末端和第二低聚物模块的一个末端。一个或多个扩展物元件可附着到包括一个或多个低聚物模块的低聚物链。扩展物元件可为刚性的。扩展物元件可为刚性的分子结构体。扩展物元件可比低聚物模块更加刚性。扩展物元件可具有至少1nm、至少2nm、至少5nm、至少10nm、和/或至少20nm的持续长度。扩展物元件可为例如dna片段、纳米管、离聚物、阳离子聚合物和/或低聚物、和/或阴离子聚合物和/或低聚物。扩展物元件可经由共价键附着到低聚物模块。扩展物元件可使用例如点击化学、氮宾反应、硫醇-烯反应、偶氮-炔烃反应、狄尔斯-阿尔德反应、亲核反应、和/或酰胺形成反应附着到低聚物模块。扩展物元件可由低聚物引发剂来聚合。扩展物元件可包括由其使低聚物元件聚合的引发剂。
58.双稳态低聚物和/或分子机器的应用
59.能够表现出构象双稳定性的低聚物机器可包括发电元件，并且可配置成致动发电元件。发电元件可为例如压电元件、纳米颗粒、纳米层、和/或纳米管。低聚物机器可配置为使得当低聚物机器从第一构象转变到第二构象时，低聚物机器向发电元件例如压电元件施加应力。应力可包括压缩力、拉伸力或剪切力。低聚物机器可配置成以多种方式向发电元件施加应力。低聚物机器可配置为使得当低聚物机器从第一构象转变到第二构象时，其向压
电元件施加压缩应力，由此产生电压。发电元件可共价地或非共价地附着到低聚物机器。发电元件可在弯曲和/或铰链部位处共价地或非共价地附着到低聚物机器。发电元件可在弯曲和/或铰链部位处共价地或非共价地附着到低聚物机器，使得当低聚物机器从打开构象转变为关闭或折叠构象时，低聚物机器向发电元件施加应力。
60.能够表现出构象双稳定性的低聚物机器可包括光吸收元件，并且可配置为在吸收光能时改变构象。光吸收元件可包括例如一种或多种染料分子、共轭分子、芳族分子、半导体低聚物和/或聚合物、量子点、纳米颗粒、均二苯代乙烯部分、偶氮苯部分、和/或配置用于顺式-反式异构化的键。能够表现出构象双稳定性的低聚物机器可在一个或多个弯曲和/或铰链区域处包括光吸收元件。能够表现出构象双稳定性的低聚物机器可在一个或多个弯曲和/或铰链区域处包括配置用于顺式-反式异构化的键，使得在吸收光时，配置用于顺式-反式异构化的键异构化，由此诱导低聚物机器的构象变化。配置用于顺式-反式异构化的键可被引入低聚物机器中，例如，通过包括配置用于顺式-反式异构化的键的双官能引发剂的聚合反应。
61.能够表现出构象双稳定性的低聚物机器可配置用于感测分析物。低聚物机器可配置成使得在与分析物结合和/或缔合时，低聚物机器从第一构象变化到第二构象。低聚物机器可配置成使得在与分析物结合和/或缔合时，低聚物机器在第一和第二构象之间波动的频率被调制。低聚物机器在第一和第二构象之间波动的频率可降低或增加。分析物可为和/或包括小分子、氨基酸、糖类、激素、低聚物、肽、代谢产物、配位基团、离子、芳族基团、氢键键合供体、和/或氢键键合受体。低聚物机器可包括共振能量转移(fret)供体和/或fret受体。低聚物机器可配置为使得在低聚物机器的弯曲和/或铰链区域与分析物之间的非共价相互作用诱导低聚物机器的构象的变化，引起低聚物机器的光谱性质的变化。分析物与低聚物机器的结合和/或缔合可调制fret信号。具有与热激活的自发振动和随机共振有关的构象双稳定性性质的尺寸为少许纳米的低聚物成分可在传感器的设计中用作检测单元。检测的物理机制可基于双稳态低聚物成分的自发振动和随机共振对分析物与低聚物成分的物理或化学结合的敏感性。在示例性实施方式中，通过计算机模拟方法研究了经受分子负荷的附着的两种低聚物成分(低聚-nipmam-30和低聚-nipam-20)的自发振动和随机共振。在图14中说明了示例性实施方式，其中(1400)描绘了结合至低聚物机器组件(1407)的负荷分子(1406和1408)。示例性负荷分子包括atto-390(1402)、色氨酸(1403)、雌二醇(1404)和三碘甲状腺原氨酸(1405)。gromacs分子动力学包被用于进行在低于和高于从弯曲状态到拉伸状态的转变的临界温度的温度下在水溶液中的低聚物成分的自发振动和随机共振动力学的原子模拟。与tip3p显式水模型组合的opls-aa力场被用于描述分子间和分子内相互作用。低聚物成分的动力学的特征在于在链边缘之间的距离的时间序列。图15和图16描绘了示例性实施方式，其中低聚-nipmam-30低聚物成分的自发振动响应于负荷分子的附着。可以清楚地看到，在没有负荷分子的情况下，低聚-nipmam-30的自发振动出现在等于约375pn的临界压力附近。然而，当负荷分子附着到经受相同的压缩力的低聚物时，低聚物完全离开振动模式。通过示例性低聚-nipmam-30低聚物成分的热激活的自发振动进行的单个分子检测描绘于图15和图16中，其中图15描绘了不具有附着的负荷分子的低聚物的自发振动(1502)，当附着atto-390、色氨酸和雌二醇的分子(1501)时在这些条件下它不振动。在图16中，分别对于380pn(1601)、390pn(1603)、和400pn(1602)的压缩力，描绘了具有单个
色氨酸分子的低聚物成分的“打开”和“关闭”状态的访问数的统计权重分布对压缩力。双峰分布对应于自发振动模式。可将控制参数例如压缩力调节到如下的值：在该值下，伴随着附着负荷，发生低聚物的自发振荡。图17显示在附着负荷分子时自发振动区域的移动。当负荷分子附着到低聚-nipmam-30低聚物成分时，自发振动区域朝向更高的压缩力值移动。例如，具有附着的单个色氨酸分子的低聚-nipmam-30低聚物成分的自发振动发生在约f
c色氨酸
＝390pn压缩力下，而低聚-nipmam-30自身的自发振动发生在约f
c色氨酸
＝375pn压缩力下。在附着负荷分子时的自发振动区域的移动表明随机共振特性的相应移动，如例如图18中所描绘的。自发振动和随机共振模式的移动除了对分子类型敏感之外，对检测分子的数量也可为敏感的。基于双稳态低聚物成分的自发振动的检测单元是高度敏感的，并且即使对于单个有机分子也可展示出检测效果。
62.低聚物机器可配置用于药物递送。低聚物机器可包括成像剂、造影剂、治疗剂、和/或诊疗剂(theranostic agent)。治疗剂可包括小分子治疗剂、化学治疗剂、和/或其它治疗剂。这样的治疗剂可共价地结合至低聚物机器、非共价地结合至低聚物机器、和/或包封并结合至低聚物机器。低聚物机器可配置用于向患者施药。患者可为人类或非人类哺乳动物。低聚物机器可配置成调节低聚物机器在患者的特定器官和/或组织中的生物分布、药效动力学、药物动力学、和/或累积。这样的配置可包括高通透性和滞留(epr)效应、抗体靶向、肽片段、拟肽片段、和/或核酸片段。低聚物机器可配置用于治疗剂的受控释放。试剂的受控释放可包括伴随构象变化的机械力和/或键的溶剂分解。例如，治疗剂可包封在聚乳酸和/或聚接枝乳酸(polyglactic acid)中。治疗剂可通过能水解的键例如酯键结合至低聚物机器。低聚物机器可包括光吸收剂，例如染料、量子点、和/或纳米颗粒。包括吸收剂的低聚物机器可在吸收光时产生局部加热。能够在吸收光时产生局部加热的包括吸收剂的低聚物机器可配置为使得局部温度变化诱导低聚物机器中的构象和/或构象变化频率的变化。低聚物机器可配置为使得构象变化使低聚物机器能够抓住和/或结合靶结构体例如分子。
63.低聚物机器可配置成诱导、催化、和/或抑制化学反应。低聚物机器可配置为使得构象变化将两种或更多种底物带到用于化学反应的优选的相对定位中。低聚物机器可配置成激活键以破裂。低聚物机器可催化键形成。低聚物机器可配置为使得构象的变化暴露和/或阻挡催化活性位点。低聚物机器可配置为使得第一构象暴露催化活性位点且第二构象嵌段阻挡催化活性位点。催化活性位点可包括过渡金属催化剂和/或有机催化剂。低聚物机器可包括催化三单元组(triad)，其中第一构象配置为使得催化三单元组处于对于催化活性的优选的构象，并且在第二构象中催化三单元组处于对于催化活性不太优选的构象。低聚物机器可配置为使得构象变化导致键受应力和/或更加暴露。受应力和/或更加暴露的键可被激活以经历进一步的化学反应。例如，受应力和/或更加暴露的酯键可更易于水解。
64.低聚物机器可包括活塞型元件。活塞型元件可为刚性分子结构体，例如具有大于10nm的持续长度的分子结构体和/或纳米管。低聚物机器可在一个末端上附着至表面和在第二末端上附着至刚性分子结构体。低聚物机器可配置为使得构象的变化导致刚性分子结构体的机械致动。可使用例如硫醇化学、硅烷化学、和/或氮宾化学将低聚物机器附着到表面。低聚物机器可在固体载体上合成。可使用例如硫醇化学、点击化学、和/或氮宾化学将低聚物机器附着到刚性分子结构体。低聚物机器可在刚性分子结构体上合成。低聚物机器可在固体载体上合成和/或附着至固体载体并且可包括配置成结合刚性分子结构体的末端官
能团。刚性分子结构体可配置成与末端官能化的低聚物机器结合和/或反应。在一些实施方式中，具有构象双稳定性性质的尺寸为少许纳米的低聚物成分可用作低聚物机器中的动力单元。在图19中描绘了具有充当动力单元的双稳态低聚物成分的活塞发动机型的纳米机械装置，其中(1900)描绘了示例性的与表面的附着点，(1901)描绘了示例性低聚物机器组件，(1902)描绘了示例性活塞型元件，(1903)描绘了示例性致动循环，并且(1904)描绘了示例性的回转半径对时间。这样的实施方式可包括由三个构造元件构建的复合成分。两个元件可为像汽缸中的活塞一样同轴地一个插入另一个中的两个纳米管。内部纳米管为可移动的并且充当活塞，而外部纳米管是静止的并且充当汽缸。纳米机械装置的第三功能元件可包括双稳态低聚物，其一个末端是固定的，而另一末端连接到活塞-纳米管结构体的内部纳米管。
65.低聚物和/或分子机器的非限制性示例性实施方式及其应用
66.在一些实施方式中，当溶质温度越过lcst时，具有约两个连接的库恩链段的长度的pnipam低聚物可经历可逆的构象变化，由此响应于外部刺激而可再现地改变库恩链段的相互取向。这可使用一系列计算实验来证明。全原子gromacs分子动力学包被用于进行在低于和高于lcst的温度下在水溶液中的nipam低聚物的原子模拟。与tip3p显式水模型组合的opls-aa力场被用于描述分子间和分子内相互作用。链的构象的特征在于其回转半径和/或在链末端之间的距离。在示例性实施方式中，低聚物可包括全同立构地连接的20个nipam单体单元(命名为低聚-nipam-20)。图20描绘了低聚-nipam-20i的示例性实施方式，其中链在280k的温度下以1.15nm的平均回转半径展开(2000和2001)，并且其在320k的温度下折叠到具有0.55nm的平均回转半径的状态(2002和2003)。
67.对于一些实施方式，间同立构地连接的25-30个单体单元是最佳的，并且它似乎对应于大约两个持续库恩链段。例如，由间同立构地连接的15个nipam单体组成的低聚物(命名为低聚-nipam-15s)不响应于温度变化而显示出构象双稳定性，在280k下具有0.97nm的回转半径并且在320k下具有0.98nm的回转半径。
68.聚(n-异丙基)甲基丙烯酰胺(pnipmam)也是具有在约315k(42c/108f)下的lcst的热敏聚合物。在一些实施方式中，具有约两个连接的持续库恩链段的长度的pnipmam低聚物可配置成当溶质温度越过转变点时经历从展开到折叠状态的构象变化。gromacs分子动力学包被用于进行在低于和高于lcst的温度下在水中的单一pnipmam低聚物的全原子模拟。与tip3p显式水模型组合的opls-aa力场被用于描述分子间和分子内相互作用。一些低聚物的转变温度低于本体聚合物的lcst。在一些实施方式中，其预计将在305k和310k之间。图21和图22描绘了包括间同立构地连接的30个nipmam单体的示例性低聚物实施方式(命名为低聚-nipmam-30s)，并且在290k的温度下以1.35nm的平均回转半径展示出展开的链(2101)，并且它在310k的温度下以1.15nm的平均回转半径折叠(2102)。图22描绘了从蠕虫状的展开形状(2200)到v形发夹状折叠结构(2200)的示例性低聚物的构象变化。
69.在示例性实施方式中，图23描绘了包括全同立构地连接的30个nipmam单体的低聚物(命名为低聚-nipmam-30i)。在该实施方式中，图24显示该链在290k的温度下以1.37nm的平均回转半径展开(2401)，并且它在310k的温度下以1nm的平均回转半径折叠(2402)。在该实施方式中，低聚物链的构象从拉伸的蠕虫状形状(2300)变化到折叠的发夹状形状(2301)。
6s-9i和12i-6s-12i的全原子计算机模拟的结果。改变嵌段的顺序(即，从12i-8s-12i改变为12s-8i-12s)导致不存在双稳定性，其中该系统在290k下和在320k下具有相同的构象状态，拥有1.25nm的平均回转半径。由于沿着使持续长度急剧减小的链形成氢键的较低可能性，相对短的全同立构嵌段(在9i-6s-9i低聚物中)似乎不太硬。结果，所述低聚物成分对于290k和320k两者均以1nm的平均回转半径折叠。命名为12i-6s-12i的低聚物成分在低于和高于lcst的温度下显示不同的构象状态，并且折叠状态强烈地波动。在一些示例性实施方式中，三嵌段成分的其它选择可具有两种构象状态，但是当其响应于外部刺激而折叠时，在链的刚性边缘的相互取向的变化方面可表现出较小的可控性。这样的示例性实施方式可为由通过弯曲部位连接的两个边缘嵌段组成的三嵌段低聚物成分，所述两个边缘嵌段各自具有全同立构地连接的12个nipam单体，所述弯曲部位由间同立构地连接的8个nipam单体组成。该示例性实施方式命名为低聚-nipam-12i-8s-12i。图31描绘了在采用10k的步阶的不同温度下的一系列模拟。在280k下，结构体表现为刚性棒(3100)。在310k下，它坍塌成良好地折叠的s形状态(3101)。在330k下，由于高温，熵相对于疏水相互作用占主导地位，使折叠的s形不稳定(3102)。注意，成分的形状在大量的模拟时间期间不变。在一些实施方式中，展示了另外的nipmam的三嵌段低聚物。展示出高的刚度的全同立构片段可用作边缘嵌段，并且间同立构片段可弯曲且间同立构片段可作为弯曲和铰链部位引入。包括两个各自具有全同立构地连接的12个nipmam单体的边缘嵌段的优选的三嵌段低聚物可通过由间同立构地连接的7个nipmam单体组成的弯曲部位连接并且该示例性实施方式由低聚-nipmam-12i-7s-12i表示。该低聚物成分具有拥有接近于300k的转变温度的构象双稳定性。低于转变温度，其作为具有1.26nm的平均回转半径的拉伸的棒状结构存在，而高于转变温度，它折叠成具有1.12nm的平均回转半径的г形杠杆状构象。如图32所描绘的，低聚-nipmam-12i-7s-12i成分展示出两种良好地分开的构象状态，展开(3200)状态和折叠(3201)状态，响应于外部刺激而在拉伸形式和г形杠杆状形式之间具有可再现的可逆转变。
74.在另一实施方式中，包括两个刚性嵌段的三嵌段共聚低聚物通过弯曲的第三嵌段连接。在一些实施方式中，低聚-nmipam片段，即其甲基和异丙基彼此替换的nipam的立体异构体，展示出高的刚性，并且可在成分中用作刚性边缘嵌段，而低聚-nipam片段可弯曲，并且可定位在弯曲或铰链部位处。例如，优选的三嵌段嵌合低聚物可包括各自具有10个单体的两个边缘nmipmam-嵌段，并且通过由全同立构构造的7个nipmam单体组成的弯曲部位连接。该实施方式的成分表示为10-7-10-nmipma-nipma-nmipma。在图33中，元件(3305和3306)描绘了弯曲或铰链子组件，并且元件(3304和3307)描绘了刚性子组件。图33(3300)描绘了该实施方式的打开构象。图33(3302)描绘了该实施方式的关闭构象。图33(3301)描绘了由该实施方式所表现出的构象双稳定性。图33(3303)描绘了在320k下由该实施方式所表现出的自发振动。该嵌合实施方式在高于300k时具有构象转变。低于转变温度，它作为具有约4nm的平均末端距的“打开”的拉伸结构存在，而高于转变温度，其对半折叠成具有平均约1nm的末端距的“关闭”构象。在转变温度附近，10-7-10-nmipma-nipma-nmipma成分展示出在打开和关闭状态之间的自发转变，由此响应于外部刺激而可再现地改变刚性nmipmam片段的相互取向。对该实施方式进行一系列计算实验。全原子gromacs分子动力学包被用于进行在范围为290k至360k的温度下在水溶液中的nmipma-nipma-nmipma低聚物的原子模拟。与tip3p显式水模型组合的opls-aa力场用于描述分子间和分子内相互作用。链的构象的特
征在于其回转半径以及在低聚物末端之间的距离。
75.纳米机械装置可配置成充当纳米镊子或分子钳，其中低聚物成分充当动力单元。示例性实施方式纳米机械装置可包括四个低聚物元件，其中两个元件包括10-20个单体单元的聚(对-亚苯基)棒状链段，并且聚(对-亚苯基)中的各苯基环用在其末端具有胺基团的短的脂族链改性。结合到苯基环的短的脂族链中的胺基团可为质子化的和/或去质子化的。图34描绘了用脂族胺基团(3401)改性的示例性聚(对-亚苯基)(3402)。通过改变溶剂的ph、或者使用光酸(光致产酸剂)和/或光碱(光致产碱剂)来改变质子化程度，可控制在棒元件之间的静电斥力。短(约3个单体)的柔性聚氧乙烯片段可栓着(束缚)彼此靠近的两个聚(对-亚苯基)元件，并且nipam-30s低聚物可配置为充当动力单元。通过nipam-30s低聚物连接的棒片段的边缘之间的距离可由于在棒链段的静电斥力与在构象转变期间由nipam-30s形成的机械压缩力之间的竞争而变化。能够经历可逆构象转变的nipam-30s低聚物可为棒链段的压缩提供充足的机械力，如图35中所描绘的。进行一系列的计算实验。使用gromacs分子动力学包进行在低于和高于低聚-nipam-30s构象双稳定性的转变温度的温度下在水溶液中的nipam-30s低聚物的原子模拟。与tip3p显式水模型组合的opls-aa力场被用于描述分子间和分子内相互作用。该示例性纳米机械装置的动作的特征在于在nipam-30s低聚物的边缘之间的距离。在一些实施方式中，在低于低聚-nipam-30s的转变温度时，产生最大的在棒链段边缘之间的距离的具有70％的质子化胺基团的10个单体单元的聚(对-亚苯基)棒链段通过展开的拉伸的pnipam-30s低聚物连接。图35说明示例性实施方式，其中将温度设定在320k以诱导pnipam-30s的构象转变。在图35中，(3500)描绘了呈打开构造的示例性纳米镊子，(3501)描绘了呈关闭构造的纳米镊子，并且元件(3503)描绘了包括聚(对-亚苯基)的刚性单元，且(3502)描绘了低聚物机器组件。图36在该示例性实施方式中展示了，nipam-30s低聚物可为具有50％的质子化胺基团的改性聚(对-亚苯基)的负载的棒状链段的压缩提供充足的机械力。低聚-nipam-30s片段的展开构象转变到折叠状态。在该实施方式中，低聚-nipam-30s片段抵抗着质子化的胺的静电排斥相互作用将棒状片段朝向彼此压缩。可展示具有15个单体单元的较长的亚苯基棒状链段的该实施方式的变型。改变示例性实施方式中的质子化程度展示出响应于ph的纳米机械致动的控制。图37说明这样的示例性实施方式，其中纳米镊子结构体可在约33％的较低质子化程度下、而非在约50％的较高质子化程度下被致动。在图37中，(3700)描绘了呈关闭构造的示例性纳米镊子，(3501)描绘了呈打开构造的纳米镊子，并且元件(3503)描绘了包括聚(对-亚苯基)的刚性单元，且(3502)描绘了低聚物机器组件。
76.在第一非限制性的示例性实施方式中，两个连接的低聚物模块具有拥有受控的构象变化的构象双稳定性。分子和/或低聚物机器组件包括具有第一末端和第二末端的第一低聚物模块以及具有第一末端和第二末端的第二低聚物模块。第一低聚物模块的第一末端连接到第二低聚物模块的第一末端以形成低聚物链，并且第一低聚物模块的第二末端与第二低聚物模块的第二末端断开。第一低聚物模块和第二低聚物模块被选择和连接，使得连接的低聚物模块的对具有构象双稳定性。响应于施加至连接的低聚物模块的随机扰动(干扰)，第一低聚物模块和第二低聚物模块的相对取向从第一取向自发地变化至第二取向。响应于施加至连接的低聚物模块的能量，第一低聚物模块和第二低聚物模块的相对取向反复地从第一取向变化至第二取向。低聚物模块可具有在0.5nm和20nm之间的长度。第一和第二
低聚物模块的相对取向可限定构象，并且可存在两种这样的稳定或亚稳定的构象。在第一构象和第二构象之间的转变可包括第一和第二低聚物模块的相对运动。低聚物模块可包括至少5个重复单元。低聚物模块可包括至少10个重复单元。低聚物模块可包括至少15个重复单元。低聚物模块可包括至少20个重复单元。低聚物模块可包括至少25个重复单元。低聚物模块可包括至少30个重复单元。低聚物模块可包括聚-n-异丙基丙烯酰胺。低聚物模块可包括聚-n-异丙基甲基丙烯酰胺。低聚物和/或分子机器组件可配置成表现出在250k至400k内的构象转变点。低聚物和/或分子机器组件可配置成表现出在275k至375k内的构象转变点。低聚物和/或分子机器组件可配置成表现出在300k至350k内的构象转变点。低聚物模块可包括单一的单体单元。低聚物模块可包括nipam残余物。低聚物模块可包括nipmam残余物。第一和第二低聚物模块的相对取向可响应于光能的施加而变化。第一和第二低聚物模块的相对取向可响应于电场的施加而变化。第一和第二低聚物模块的相对取向可响应于磁场的施加而变化。第一和第二低聚物模块的相对取向可响应于可逆或不可逆的化学反应而变化。第一和第二低聚物模块的相对取向可响应于非共价的相互作用而变化。第一和第二低聚物模块的相对取向可响应于配体结合、离子相互作用、和/或氢键键合而变化。第一和第二低聚物模块的相对取向可响应于ph的变化而变化。第一和第二低聚物模块的相对取向可响应于热的施加和/或温度的变化而变化。第一和第二低聚物模块的相对取向可响应于周围环境的热波动而变化。第一和第二低聚物模块可被选择和连接成沿着各低聚物模块的长度屈曲不超过50％。在一些实施方式中，屈曲可与原子结构的波动相当。在一些实施方式中，在所述低聚物模块的第一取向和第二取向之间的差异是在所述模块的断开末端之间的距离的变化，为至少0.2nm。在一些实施方式中，可施加至少10皮牛的力以使低聚物和/或分子机器在第一和第二构象之间转变。在一些实施方式中，在第一和第二构象之间的转变可配置为施加至少10皮牛的力。
77.在第二非限制性的示例性实施方式中，低于50nm的共连接的双稳态低低物模块使得实现可变的屈曲。双稳态低聚物机器可包括合成材料，所述合成材料包括形成低聚物链的至少两个共连接的低聚物模块。各低聚物模块可为具有0.5nm至15nm的长度的持续低聚物链段。弯曲和/或铰链元件可位于在两个共连接的低聚物模块之间的至少一个共连接位置处。合成材料可选择为使得向低聚物链施加规定量的能量引起低聚物模块在所述至少一个弯曲或铰链部位处相对于彼此可预测地屈曲。施加规定量的能量可包括施加可变的规定量的能量以引起多种(个)不同的机械似的运动。多种不同的机械似的运动可包括在第一方向上的屈曲以及在第二方向上和/或与第一方向相反的反向屈曲。可变的能量施加可为双重的(二元的)，并且一个能量水平的值是正的。可变的能量施加可为双重的，并且一个能量水平的值是正的且另一个为约0。合成材料可选择为使得向低聚物链施加预定量的能量引起在第一方向上的围绕弯曲或铰链部位的屈曲，并且其中向低聚物链施加再一部分的预定量的能量引起围绕弯曲或铰链部位的屈曲的反转。合成材料可选择为使得向低聚物链施加预定量的能量引起在第一方向上的围绕弯曲或铰链部位的屈曲，并且其中停止向低聚物链施加预定量的能量引起围绕铰链部位的屈曲的反转。合成材料可选择为使得交替施加能量水平引起在弯曲或铰链部位处的反复的屈曲。各低聚物模块的长度可在0.5nm和20nm之间。弯曲或铰链部位可位于低聚物链中的弱化部位处。合成材料可为低聚物和/或聚合物。所述合成材料可选择为使得向低聚物链施加预定量的能量引起在第一方向上的围绕弯曲或铰
链部位的屈曲，并且其中停止向低聚物链施加预定量的能量引起围绕铰链部位的屈曲的反转。所述合成材料可选择为使得向低聚物链施加预定量的随机扰动引起在第一方向上和在第二方向上的围绕弯曲或铰链部位的自发屈曲，并且其中停止向低聚物链施加预定量的随机扰动引起围绕铰链部位的自发屈曲的停止。所述合成材料可选择为使得向低聚物链施加预定量的能量引起在第一方向上的围绕弯曲或铰链部位的屈曲，并且其中向低聚物链施加再一部分的预定量的能量引起围绕弯曲或铰链部位的屈曲的反转。低聚物模块可在至少一个弯曲或铰链部位处相对于彼此可预测地屈曲。一些分子和/或低聚物机器可具有可变的和/或固定的库恩链段长度，并且可不需要相对运动是可重复的。
78.在第三非限制性的示例性实施方式中，周期性的(循环的)能量施加和解除施加引起周期性的低聚物模块屈曲。分子和/或低聚物机器可包括：合成材料，其包括形成低聚物链的至少两个共连接的低聚物模块、以及在所述至少两个共连接的低聚物模块之间的至少一个共连接位置处的至少一个弯曲或铰链部位。低聚物链可形成为使得响应于向该链施加的规定量的能量，围绕该至少一个弯曲或铰链部位在所述至少两个共连接的低聚物模块之间发生规定量的相对屈曲以引起从第一取向到第二取向的变化，并且在停止施加的规定量的能量时，所述至少两个共连接的低聚物模块从第二取向回到第一取向。低聚物链可形成为使得响应于反复的周期性的施加和停止规定量的能量，低聚物链反复地从第一取向屈曲至第二取向。共连接的低聚物模块的至少一个可包括nipam残余物。共连接的低聚物模块的至少一个可包括nipmam残余物。共连接的nipam低聚物模块的至少一个可结合至刚性分子结构体例如纳米管或dna。共连接的nipmam低聚物模块的至少一个可结合至刚性分子结构体例如纳米管或dna。周期性的能量施加可引起低聚物模块在施加能量时屈曲，并且在能量被释放或消散时返回到原始位置。
79.第四非限制性的示例性实施方式可包括具有三个连接的部分的双稳态低聚物机器，其中仅中心部分屈曲。分子和/或低聚物机器可包括具有第一部分、第二部分和第三部分的低聚物链，其中第二部分位于第一部分和第三部分之间并且第二部分具有比第一部分和第三部分各自的柔性显著更大的柔性。第一部分和第三部分可为低聚物模块，并且第二共连接的低聚物部分可配置成使得当暴露于规定量的能量时，第二部分被引起屈曲，而第一部分和第三部分保持基本上不屈曲。第一部分和第三部分可为低聚物模块，并且第二共连接的低聚物部分可为共连接的低聚物模块的对，其配置成使得当暴露于规定量的能量时，第二部分被引起屈曲，而第一部分和第三部分保持基本上不屈曲。第二低聚物模块的分子可被选择和布置成响应于能量的施加和去除而可预测地和反复地屈曲和恢复。分子和/或低聚物机器可包括首尾相连地布置的三个分子链段，其中仅中心链段是柔性的。
80.在第五非限制性的示例性实施方式中，双稳态低聚物机器可包括由不同材料形成的屈曲部分以及扩展物。分子和/或低聚物机器组件可包括：合成材料，其包含至少第一低聚物模块和连接至第一低聚物模块以形成低聚物链的第二低聚物模块；在第一低聚物模块和第二低聚物模块之间的共连接位置处的至少一个弯曲或铰链部位，该弯曲或铰链部位允许在第一低聚物模块和第二低聚物模块之间的相对屈曲；以及至少一个附着至连接的低聚物模块的扩展物，该扩展物由与低聚物模块的材料不同的材料形成。扩展物的材料与低聚物模块的材料相比可为不太柔性的。扩展物可连接到第二低聚物模块的远端。扩展物可由与第一低聚物模块和第二低聚物模块两者均不同的材料形成。第一低聚物模块和第二低聚
物模块的材料可选择为使得在向低聚物链施加规定量的能量时，在弯曲或铰链部位处发生相对屈曲。扩展物可具有比第二低聚物模块的长度大的长度。分子和/或低聚物机器可进一步包括连接至第一低聚物模块的另外的扩展物，其中该扩展物具有螺旋形构造。扩展物段可附着在柔性低聚物模块的至少一个末端上以提升分子和/或低聚物机器的功能性。扩展物可由与柔性低聚物模块不同的材料形成以容许在长度、刚性、和/或化学官能化(功能化)方面的可变性。
81.在第六非限制性的示例性实施方式中，双稳态低聚物机器可包括聚(n-异丙基丙烯酰胺)。用于双稳态低聚物机器的合成低聚物可包括至少15个重复单元的聚(n-异丙基丙烯酰胺)(pnipam)的片段。pnipam低聚物可为立构规整的或立构不规整的。pnipam低聚物可包括全同立构、间同立构和/或无规立构的区域。pnipam低聚物可使得pnipam低聚物的至少三分之一部分沿着所述至少三分之一部分的长度不屈曲超过50％。pnipam低聚物可具有构象双稳定性，响应于施加的能量而具有低聚物片段末端的相对位移的可再现的变化。pnipam低聚物可表现出热激活的自发振动，响应于施加的随机扰动而具有低聚物片段末端的相对位移的可再现的变化。pnipam低聚物可表现出随机共振，响应于施加的能量而具有低聚物片段末端的相对位移的可再现的变化。pnipam低聚物可为嵌段共聚低聚物。嵌段共聚低聚物可由一些部分组成，所述部分各自为全同立构、间同立构或无规立构形式。pnipam共聚低聚物可选择为使得pnipam共聚低聚物成分的各嵌段沿着该嵌段的长度不屈曲超过50％。pnipam共聚低聚物可具有构象双稳定性，响应于施加的能量而具有嵌段的相对布置的可再现的变化。低聚物可包括20个nipam单元。低聚物可包括25个nipam单元。低聚物可包括30个nipam单元。
82.在第七非限制性的示例性实施方式中，双稳态低聚物机器可包括聚(n-异丙基甲基丙烯酰胺)。用于双稳态低聚物机器的合成低聚物可包括至少15个重复单元的聚(n-异丙基甲基丙烯酰胺)(pnipmam)的片段。pnipmam低聚物可为立构规整的或立构不规整的。pnipmam低聚物可包括全同立构、间同立构和/或无规立构的区域。pnipmam低聚物可使得pnipmam低聚物的至少三分之一部分沿着所述至少三分之一部分的长度不屈曲超过50％。pnipmam低聚物可具有构象双稳定性，响应于施加的能量而具有低聚物片段末端的相对位移的可再现的变化。pnipmam低聚物可表现出热激活的自发振动，响应于施加的随机扰动而具有低聚物片段末端的相对位移的可再现的变化。pnipmam低聚物可表现出随机共振，响应于施加的能量而具有低聚物片段末端的相对位移的可再现的变化。pnipmam低聚物可为嵌段共聚低聚物。嵌段共聚低聚物可由一些部分组成，所述部分各自为全同立构、间同立构或无规立构形式。pnipmam共聚低聚物可选择为使得pnipmam共聚低聚物成分的各嵌段沿着该嵌段的长度不屈曲超过50％。pnipmam共聚低聚物可具有构象双稳定性，响应于施加的能量而具有嵌段的相对布置的可再现的变化。低聚物可包括20个nipmam单元。低聚物可包括25个nipmam单元。低聚物可包括30个nipmam单元。
83.第八非限制性的示例性实施方式可包括嵌合双稳态低聚物机器。用于分子和/或低聚物机器的合成低聚物可包括立构规整或立构不规整形式的至少5个重复单元的聚(n-异丙基丙烯酰胺)(pnipam)的片段以及长度为至少0.5nm和/或具有至少0.5nm的持续长度的不同于pnipam的至少一个其它低聚物片段。pnipam的至少一个部分可使得它沿着pnipam低聚物的所述至少一个部分的长度不屈曲超过50％并且沿着至少三分之一部分的长度不
屈曲超过50％。低聚物片段可表现出构象稳定性，响应于施加的能量而具有片段末端的空间布置的可再现的变化。低聚物成分可包括三个低聚物模块，其具有通过弯曲部位连接的各自具有10个单体的两个边缘nmipam模块，该弯曲部位由全同立构构造的7个nipmam单体组成。嵌合成分可容许分子和/或低聚物机器的结构和功能例如长度、刚性、和/或化学官能化的有意义的定制。低聚物成分可包括三个模块，其具有通过弯曲部位连接的各自具有8个单体的两个边缘nmipam模块，该弯曲部位由全同立构构造的5个nipmam单体组成。
84.另一非限制性的示例性实施方式可包括配置用于产生机械力的双稳态低聚物机器。分子和/或低聚物机器可包括：合成材料，其包含第一低聚物模块和连接至第一低聚物模块以形成低聚物链的第二低聚物模块、在第一低聚物模块和第二低聚物模块之间的共连接位置处的至少一个弯曲或铰链部位，该弯曲或铰链部位允许在第一低聚物模块和第二低聚物模块之间的相对屈曲；至少一个活塞型元件；以及基底，其与所述活塞元件和低聚物链一起配置为使得低聚物链的第二低聚物模块能够机械地致动活塞元件。活塞元件可为任何合适的刚性分子和/或纳米级结构体例如石墨烯纳米管、纳米线、和/或dna片段。双稳态低聚物机器可通过将双稳态低聚物机器的运动传递到活塞型元件的周期性运动来产生机械力。
85.另一非限制性的示例性实施方式可包括用于机电纳米装置的双稳态低聚物机器。分子和/或低聚物机器可包括：合成材料，其包含第一低聚物模块和连接至第一低聚物模块以形成低聚物链的第二低聚物模块、在第一低聚物模块和第二低聚物模块之间的共连接位置处的至少一个弯曲或铰链部位，该弯曲或铰链部位允许在第一低聚物模块和第二低聚物模块之间的相对屈曲；至少一个发电元件；以及基底，其与发电元件和低聚物链一起配置为使得低聚物链的第二低聚物模块能够机械地致动发电元件。低聚物链可形成为使得响应于向其施加的规定量的能量，在第一低聚物模块和第二低聚物模块之间以如下的方式发生相对运动：引起第二低聚物模块对发电元件的机械作用以产生电压和/或电流。发电元件可为压电元件、纳米颗粒、纳米线和/或纳米层。分子和/或低聚物机器可配置成通过对压电元件实施机械作用而产生电压。
86.其它示例性实施方式可包括用于能量收集的双稳态低聚物机器。分子和/或低聚物机器可包括：合成材料，其包含第一低聚物模块和连接至第一低聚物模块以形成低聚物链的第二低聚物模块、在第一低聚物模块和第二低聚物模块之间的共连接位置处的至少一个弯曲或铰链部位，该弯曲或铰链部位允许在第一低聚物模块和第二低聚物模块之间的相对屈曲；在弯曲或铰链部位处附着至低聚物链的至少一个光吸收元件；至少一个发电元件；以及基底，其与发电元件和低聚物链一起配置为使得低聚物链的第二低聚物模块确保对发电元件的机械作用。低聚物链可形成为使得响应于向其施加的规定量的能量，在第一低聚物模块和第二低聚物模块之间以如下的方式发生相对运动：引起第二低聚物模块对发电元件的机械作用以产生电压和/或电流。发电元件可为压电元件、纳米颗粒、纳米线和/或纳米层。分子和/或低聚物机器可配置成通过对压电元件实施机械作用而产生电压。光吸收元件可为染料、包括芳族基团的化合物、包括共轭的化合物、和/或半导体元件。
87.其它示例性实施方式可包括用于感测的双稳态低聚物机器。分子和/或低聚物机器可包括：合成材料，其包含第一低聚物模块和连接至第一低聚物模块以形成低聚物链的第二低聚物模块、在第一低聚物模块和第二低聚物模块之间的共连接位置处的至少一个弯
曲或铰链部位，该弯曲或铰链部位允许在第一低聚物模块和第二低聚物模块之间的相对屈曲；用于选择性结合可检测分子的设置在低聚物链的弯曲或铰链部位中的至少一个化学特异性位点；至少一个发电元件；以及基底，其与发电元件和低聚物链一起配置为使得低聚物链的第二低聚物模块确保对发电元件的机械作用。低聚物链可形成为使得响应于向其施加的规定量的能量，在第一低聚物模块和第二低聚物模块之间以如下的方式发生相对运动：引起第二低聚物模块对发电元件的机械作用以产生电压和/或电流。发电元件可为压电元件、纳米颗粒、纳米线和/或纳米层。具有化学特异性位点的低聚物链可形成为使得响应于可检测分子的结合，在第一低聚物模块和第二低聚物模块之间以如下的方式发生相对运动：引起第二低聚物模块对发电元件的压力以产生电压。包含第一低聚物模块和连接至第一低聚物模块以形成低聚物链的第二低聚物模块的合成材料可具有热激活的自发振动，响应于随机扰动而具有低聚物模块的相对位移的可再现的变化。检测单元可包括nipam-20低聚物成分。检测单元可包括nipmam-30低聚物成分。
88.另外的示例性实施方式可包括配置用于药物包封和递送的双稳态低聚物机器。分子药物递送机器可包括：第一低聚物模块；在弯曲或铰链部位处连接至第一低聚物模块并且形成低聚物链的第二低聚物模块；以及捕获在第一低聚物模块和第二低聚物模块之间的治疗剂。低聚物链可配置为使得在向其施加能量时，在第一低聚物模块和第二低聚物模块之间以释放捕获的治疗剂的方式发生相对运动。治疗剂可以阻碍治疗剂的降解(分解)的方式被捕获在第一低聚物模块和第二低聚物模块之间。治疗剂可具有比第一和第二低聚物模块低的对于哺乳动物体中的至少一个器官的亲和性，由此使得实现治疗剂在所述至少一个器官中的累积。分子和/或低聚物机器可进一步包括靶向剂，该靶向剂将治疗剂靶向递送至哺乳动物体中的至少一个器官。治疗剂可通过在治疗剂和分子药物递送机器之间的共价和/或非共价键被捕获在第一低聚物模块和低聚物模块链段之间。非共价键可为机械键、范德华键、和/或氢键。治疗剂可通过在治疗剂和低聚物药物递送机器之间的化学键被捕获在第一低聚物模块和第二低聚物模块之间。化学键可为能水解的键，并且当在第一低聚物模块和第二低聚物模块之间发生相对运动时，能水解的键暴露于溶剂，由此使能水解的键断裂和释放捕获的治疗剂。低聚物链可配置为使得在向其施加热量时，治疗剂被释放。治疗剂可为哺乳动物热休克反应的负调节剂，使得在施加热量后治疗剂的释放减少哺乳动物热休克反应。治疗剂可为诱导哺乳动物细胞死亡的试剂。分子和/或低聚物机器可配置用于在靶向部位处的精确的药物递送和释放。例如，治疗剂可被包封在双稳态低聚物机器内，其可在低聚物机器的致动时释放治疗剂。
89.又一非限制性的示例性实施方式可包括用于治疗剂的受控释放的双稳态低聚物机器。分子药物递送机器可包括：第一低聚物模块、在弯曲或铰链部位处连接至第一低聚物模块并形成低聚物链的第二低聚物模块、布置成通过低聚物链衔接的包封结构体、以及在包封结构体内的治疗剂。低聚物链可配置为使得在向其施加能量时，在第一低聚物模块和第二低聚物模块之间以如下的方式发生相对运动：以引起包封结构体的破裂和治疗剂的释放的方式引起与包封结构体的衔接。治疗剂可包括至少两个分子。分子和/或低聚物机器可包括用于与在包封结构体内的治疗剂同时递送的另外的治疗剂。分子和/或低聚物机器可包括用于将治疗剂靶向递送至哺乳动物体中的至少一个器官的至少一种靶向剂。分子和/或低聚物药物递送机器可配置用于在包封结构体破裂时的不可逆破坏，由此容许包封结构
体的组分(成分)被哺乳动物体代谢。包封结构体可包括至少2个低聚物链。分子和/或低聚物机器可配置成使包含治疗剂的囊破开。
90.其它非限制性的示例性实施方式可包括热激活的双稳态低聚物机器。分子和/或低聚物机器可包括配置用于引入哺乳动物体中的分子排布，所述分子被布置和选择，使得当暴露于规定温度时，该排布执行选自如下的至少一种机械功能：振动、伸展、旋转、提升、压制、啮合、弹回和屈曲。规定温度可为正常的哺乳动物体温且低于引起哺乳动物细胞坏死的温度。分子和/或低聚物机器可配置为使得在向哺乳动物体引入分子排布时，直到分子排布暴露于至少等于规定温度的温度，分子排布才执行所述机械功能。分子排布可包括聚合物材料。分子和/或低聚物机器可包括配置为提高局部温度的敏化剂。敏化剂可化学附着至分子排布。敏化剂可包括至少一种纳米颗粒和/或有机染料。敏化剂可配置为吸收在红外光谱中的光。分子和/或低聚物机器可配置为药物递送机器。分子和/或低聚物机器可化学附着至有效负载，并且分子和/或低聚物机器可配置作为分子梭以移动有效负载。分子和/或低聚物机器可配置作为分子线性致动器。分子和/或低聚物机器可配置作为分子传感器。分子和/或低聚物机器可包括至少一种成像剂，该成像剂在分子和/或低聚物机器执行机械功能之后激活。分子和/或低聚物机器可配置作为分子钳，其中至少一种机械功能使分子和/或低聚物机器的至少两个远端收缩以抓住在分子和/或低聚物机器的远端之间的物体。
91.又一非限制性的示例性实施方式可包括配置为促进化学反应的低聚物机器。分子和/或低聚物机器可包括：合成材料，其包含第一低聚物模块和连接至第一模块以形成低聚物链的第二低聚物模块；在第一低聚物模块和第二低聚物模块之间的共连接位置处的至少一个弯曲或铰链部位，该弯曲或铰链部位允许在第一低聚物模块和第二低聚物模块之间的相对屈曲；附着至第一低聚物模块的第一化学试剂；以及附着至第二低聚物模块的第二化学试剂。低聚物链可形成为使得响应于向其施加的规定量的能量，第一化学试剂和第二化学试剂被引起成为彼此接触和经历化学反应。低聚物链可形成为使得响应于向其施加的规定量的能量，第一化学试剂和第二化学试剂被引起成为彼此接触和经历化学反应。化学反应可包括化学键。化学反应可包括来自第二化学试剂的电子被第一化学试剂接收。分子和/或低聚物机器可配置成充当化学催化剂、能够合成聚合物材料的分子组装体和/或析构体(destructor)、和/或能量集中器。分子和/或低聚物机器可配置成通过使反应试剂彼此靠近或者通过输送高能/带电的反应试剂而促进化学反应。
92.其它示例性实施方式可包括配置为响应于多种不同刺激的双稳态低聚物机器。分子和/或低聚物机器可包括：配置为响应于第一刺激的施加而执行机械功能的分子排布，其中机械功能选自旋转、提升、压制、啮合、弹回和屈曲；以及与分子排布有关的受体，该受体配置为接收不同于第一刺激的第二刺激，并且响应于第二刺激而使机械功能无效(失活)，尽管持续施加第一刺激。第一和第二刺激可被独立地选择成包括如下的任一种：温度的变化和/或配置用于结合至受体并由此使机械功能无效的化合物。分子和/或低聚物机器可配置为当被减活化合物结合时不可逆地为不能操作的。受体可配置成使分子和/或低聚物机器更容易地从哺乳动物体排泄。受体可配置为使得当被触发时分子和/或低聚物机器变得更为极性。
93.除非另外定义，否则本文中使用的所有技术和科学术语具有与本领域普通技术人员所通常理解的相同的含义。在冲突的情况下，以本文件(包括定义)为准。本文中描述了优
选的方法和材料，尽管与本文中描述的那些类似或等同的方法和材料可用在本公开内容的实施方式的实践或测试中。本文中公开的材料、方法和实例仅为说明性的且不意图为限制性的。如本文中使用的术语“包含”、“包括”、“具有”、“可”、“包含”及其变型意图为开放式的过渡性短语、术语或词语，其不排除另外的行为或结构的可能性。单数形式“一个(种)”和“所述(该)”包括复数指示物，除非上下文清楚地另外规定。本公开内容还考虑“包括”本文中所呈现的实施方式或元件、“由其组成”和“基本上由其组成”的其它实施方式，无论是否明确地阐述。连接术语“或”可包括通过该连接术语关联的一个或多个所列要素的任意和所有组合。例如，短语“包括a或b的设备”可指的是其中b可不存在的包括a的设备、其中a可不存在的包括b的设备、或者其中a和b二者均存在的设备。短语“a、b、
……
和n的至少一个”或“a、b、
……
n、或其组合的至少一个”在最广泛的意义上定义为是指选自包括a、b、
……
和n的组的一个或多个要素，也就是说，要素a、b、
……
或n的一个或多个的任意组合，包括单独的或与其它要素的一个或多个组合的任一要素，其也可以组合形式包括未列举的另外的要素。如本文中使用的术语“第一”、“第二”、“第三”等不表示任何顺序、量、或重要性，而是用于使一个要素区别于另一个。如本文中使用的术语“基本上”表示可归属于任何定量的比较、值、测量或其它表现形式的固有的不确定性程度。术语“基本上”也可在本文中用于表示如下的程度：定量表示可从所陈述的基准变化所述程度，而不导致所讨论主题的基本功能的变化。术语“至少一个弯曲部位或一个铰链部位”是指在至少两个低聚物模块之间的至少一个共连接位置，其容许所述至少两个低聚物模块围绕弯曲或铰链部位相对于彼此可预测地屈曲。