宁夏大学孙辉&同济大学杜建忠教授《Nat. Commun.》：柱状胶束活性横向生长

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大分子自组装是构筑纳米材料的重要手段，而纳米材料的诸多性能与其尺寸、形貌、结构息息相关，因此提出可精确调控这些参数的自组装新方法具有重要意义。作为一种典型的一维纳米材料，棒状胶束（cylinder）在生物医用等领域具有应用前景，但其长度和直径的精确调控仍是一大挑战。近年来兴起的结晶驱动自组装（CDSA）为柱状胶束的长度调控提供了有力手段，但其直径控制依然困难重重，目前尚未见报道。

图1. 结晶驱动融合诱导粒子自组装（CD-FIPA）实现棒状胶束活性横向生长。

近期，宁夏大学孙辉副教授与同济大学杜建忠教授合作，首次提出了结晶驱动融合诱导粒子自组装（Crystallization-Driven Fusion-Induced Particle Assembly, CD-FIPA）的新方法，实现了棒状胶束的活性横向生长，为其直径调控提供了新方法（图1）。研究团队以含偶氮苯基团的两亲性均聚物作为构筑单元，通过自组装形成球形胶束。由于分子链的无规排列，胶束为无定形态。将胶束溶液加热到聚合物的玻璃化转变温度（T_g）以上（75 ℃），胶束的稳定性受到破坏，聚集并融合成棒状胶束。在此过程中，聚合物分子链重排，发生了非晶态-晶态的转变过程。进而以棒状胶束作为“种子”，球形胶束作为构筑单元，可以附着在棒状胶束表面并与之融合，使棒状胶束的横向生长。重复上述步骤，可实现棒状胶束的活性横向生长。通过动力学控制对棒状胶束的形成过程、横向生长过程进行了系统研究，并通过实验证实了聚合物结晶是CD-FIPA的驱动力（图2）。此外，利用数学计算预测了棒状胶束活性生长过程的直径、体积与比表面积变化，而实验结果与理论计算高度吻合，表明添加的球形胶束全部与棒状胶束融合。同时，理论计算也表明，球形胶束融合形成棒状胶束以及棒状胶束的活性生长是体系能量降低的过程（图3）。综上，CD-FIPA为一维纳米材料的横向活性生长提供了新思路。该工作以“Lateral growth of cylinders”为题发表于《Nat. Commun.》上（Nat. Commun. 2022, 13, 2170）。宁夏大学孙辉为论文第一兼通讯作者，同济大学杜建忠教授为共同通讯作者。

图2. 棒状胶束活性横向生长，实验结果与理论计算结果高度吻合。

图3. 通过理论计算结果表明，在棒状胶束横向生长过程中体系的能量降低，处于热力学更加稳定的状态。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-022-29863-8

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