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展
發布日期：2023-03-28 供稿：材料學院 攝影：材料學院
編輯：牟雪嬌 審核：金海波 閱讀次數：
近日，北理工材料學院羅運軍-李霄羽課題組提出了一種基于液晶嵌段共聚物原位成核-生長超分子聚合自組裝新策略。相關成果以“In-situ Nucleation-Growth Strategy for Controllable Heterogeneous Supramolecular Polymerization of Liquid Crystalline Block Copolymers and Their Hierarchical Assembly”為題，發表于著名期刊Angewandte Chemie-International Edition。材料學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，同時對形貌和尺寸進行精確控制，歷來是材料科學及化學領域最吸引人及最具有挑戰的研究課題之一。近年來，超分子聚合領域的發展為設計和制備結構復雜、多功能性的人工結構提供了一個可行的思路。其中，諸多納米結構的合成及制備都是通過“引發-生長”機制（或者稱為“種子生長”）來實現的。然而，在大多數情況下，由于超分子相互作用的動態特質，這些基于非共價作用的超分子聚合物納米結構的穩定性較低，為其尺寸的精確控制和后續功能化帶來了極大的難度。
鑒于此，我校材料學院羅運軍-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”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構，有效地將嵌段型膠束傳統的三步“籽晶生長”制備法精簡為一步，極大地簡化了其制備過程。
作者通過在液晶嵌段共聚物自組裝的過程中引入動力學控制因素，在時間和空間上將成核與生長過程分離，從而控制其超分子聚合過程。通過加入可以優先成核的第二組分（同核異殼或異核異殼的液晶嵌段共聚物），利用其優先聚集成核作為“種子”，引發另一嵌段共聚物進行生長，從而制備單分散及嵌段型超分子聚合物。該方法不僅操作簡單而且具有較強的普適性，在多種嵌段共聚物體系中均可實現三嵌段、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，通過調整成核與生長組分的比例，即可簡單高效地精確調控嵌段型超分子聚合物納米結構的長度。
作者進一步研究發現，當使用不溶性嵌段共聚物作為成核組分時，可以使得原位形成的嵌段型超分子聚合物納米結構進一步自發進行多級組裝，形成規則的高級聚集體結構。并且，其結構也可以通過生長和成核組分之間的比例進行有效控制，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納米組裝體。
這種簡單而有效的原位“成核-生長”方法將嵌段共聚物自組裝與超分子聚合方法相結合，提供了一種新的嵌段共聚物精確自組裝策略。這種方法可以擴展至其他的類似嵌段共聚物或超分子體系當中，不僅將成為高分子及超分子自組裝領域的一個新發展方向，還有望運用于生物大分子領域，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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