北理工課題組在液晶嵌段共聚物超分子聚合自組裝方面取得重要進(jìn)展
發(fā)布日期：2023-03-28 供稿：材料學(xué)院 攝影：材料學(xué)院
編輯：牟雪嬌 審核：金海波 閱讀次數(shù)：
近日,，北理工材料學(xué)院羅運(yùn)軍-李霄羽課題組提出了一種基于液晶嵌段共聚物原位成核-生長(zhǎng)超分子聚合自組裝新策略,。相關(guān)成果以“In-situ Nucleation-Growth Strategy for Controllable Heterogeneous Supramolecular Polymerization of Liquid Crystalline Block Copolymers and Their Hierarchical Assembly”為題，發(fā)表于著名期刊Angewandte Chemie-International Edition,。材料學(xué)院博士后金碧鑫為該論文的第一作者,，李霄羽教授為論文的通訊作者。
通過高效和通用的方法控制納米尺度粒子的組裝,，同時(shí)對(duì)形貌和尺寸進(jìn)行精確控制,，歷來(lái)是材料科學(xué)及化學(xué)領(lǐng)域最吸引人及最具有挑戰(zhàn)的研究課題之一。近年來(lái),，超分子聚合領(lǐng)域的發(fā)展為設(shè)計(jì)和制備結(jié)構(gòu)復(fù)雜,、多功能性的人工結(jié)構(gòu)提供了一個(gè)可行的思路,。其中，諸多納米結(jié)構(gòu)的合成及制備都是通過“引發(fā)-生長(zhǎng)”機(jī)制（或者稱為“種子生長(zhǎng)”）來(lái)實(shí)現(xiàn)的,。然而,，在大多數(shù)情況下，由于超分子相互作用的動(dòng)態(tài)特質(zhì),，這些基于非共價(jià)作用的超分子聚合物納米結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性較低,，為其尺寸的精確控制和后續(xù)功能化帶來(lái)了極大的難度。
鑒于此,，我校材料學(xué)院羅運(yùn)軍-李霄羽課題組在前期液晶嵌段共聚物精確可控自組裝工作的基礎(chǔ)上（Angew. Chem. Int. Ed. 2016, 55, 11392–11396; Nat. Commun. 2019, 10, 2397; Chin. J. Polym. Sci. 2022, 40, 624-630）,，提出了利用液晶嵌段共聚物原位“成核-生長(zhǎng)”超分子聚合自組裝的新策略，通過“一鍋法”精確合成多種嵌段型超分子聚合物納米結(jié)構(gòu),，有效地將嵌段型膠束傳統(tǒng)的三步“籽晶生長(zhǎng)”制備法精簡(jiǎn)為一步,，極大地簡(jiǎn)化了其制備過程,。
作者通過在液晶嵌段共聚物自組裝的過程中引入動(dòng)力學(xué)控制因素,，在時(shí)間和空間上將成核與生長(zhǎng)過程分離，從而控制其超分子聚合過程,。通過加入可以優(yōu)先成核的第二組分（同核異殼或異核異殼的液晶嵌段共聚物）,，利用其優(yōu)先聚集成核作為“種子”，引發(fā)另一嵌段共聚物進(jìn)行生長(zhǎng),，從而制備單分散及嵌段型超分子聚合物,。該方法不僅操作簡(jiǎn)單而且具有較強(qiáng)的普適性，在多種嵌段共聚物體系中均可實(shí)現(xiàn)三嵌段,、五嵌段甚至不同體系間雜化型嵌段超分子聚合物的可控制備,。同時(shí)，通過調(diào)整成核與生長(zhǎng)組分的比例,，即可簡(jiǎn)單高效地精確調(diào)控嵌段型超分子聚合物納米結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度,。
作者進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)使用不溶性嵌段共聚物作為成核組分時(shí),，可以使得原位形成的嵌段型超分子聚合物納米結(jié)構(gòu)進(jìn)一步自發(fā)進(jìn)行多級(jí)組裝,，形成規(guī)則的高級(jí)聚集體結(jié)構(gòu)。并且,，其結(jié)構(gòu)也可以通過生長(zhǎng)和成核組分之間的比例進(jìn)行有效控制,，隨著成核組分的比例逐漸增加，可依次得到單根三嵌段,、“交叉型”,、簇型和聚集體等多級(jí)納米組裝體。
這種簡(jiǎn)單而有效的原位“成核-生長(zhǎng)”方法將嵌段共聚物自組裝與超分子聚合方法相結(jié)合,，提供了一種新的嵌段共聚物精確自組裝策略,。這種方法可以擴(kuò)展至其他的類似嵌段共聚物或超分子體系當(dāng)中,，不僅將成為高分子及超分子自組裝領(lǐng)域的一個(gè)新發(fā)展方向，還有望運(yùn)用于生物大分子領(lǐng)域,，為研究蛋白,、多糖聚集體提供新思路。
全文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/ange.202219067
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