研究进展：Nature Materials评述-分子编织材料

高分子链缠结，主要局限于配位聚合物和DNA。近几十年来，将分子构件 molecular building blocks，直接自下而上地组装成编织有机聚合物，仍然是一个令人向往但却难以实现的目标。幸好，最近在二维和三维分子水平编织方面成功案例，为聚合物科学和分子纳米拓扑学界面提供了新的机会和研究方向。

近日，华东师范大学David A. Leigh和张亮团队在Nature Materials上发表评述文章，概述了聚合物链周期性纳米尺度编织的特征和潜力，将其与随机缠结聚合物网络和刚性晶体框架区分开来。同时，系统回顾了到目前为止，该领域的研究背景和实验进展，并通过考虑分子编织的研发潜力，有力地应对这一新兴领域当前和未来的一些挑战。

Molecular weaving

分子编织

图1：Busch和Hubin“真正的”分子编织概念和最近分子编织结构实验实例。

方框1|宏观与分子编织，周期与随机缠结

图2：控制交叉立体化学和连接性方法。

图3：模拟随机分子水平缠结框架概述。

图4：合成分子编织材料的策略示例。

在周期性有序缠结中，编织分子链有能力形成分子编织材料molecularly woven materials，这标志着聚合物科学和分子纳米拓扑学交叉学科领域。随着分子编织材料，现在变得容易获得，考虑这一新兴领域的一些直接和更长期的挑战是及时的。除了需要发明、优化和发现编织分子链不同方法和策略的局限性外，分子级编织也提供了一些开放性的挑战和理想目标：

1、获得不同编织图案，可能使用不同成分的分子链，但最终使用相同类型的分子链获得不同编织。

2、以确定不同编织图案、编织中的误差、丝束刚性和丝束间非共价相互作用如何影响性能。

3、为了理解如何引入额外氢键，π堆积或静电相互作用改变编织链构象。

4、为了研究分子开关或马达，是否可用于驱动股线，缩短或延长特定片段，以使2D分子编织织物折叠成不同编程形状。

5、为了发现2D分子编织织物是否可以被诱导围绕类似宏观薄片的形状塑造自身，也许不是通过重力，而是由于非共价相互作用的结果。

6、确定2D和3D编织之间的根本区别和可能性。

7、研究如何开发织物的网孔（尺寸、形状、化学结构和附加官能团）。

8、作为小构件的自组装替代，发现是否有可能以一种人工金属离子“分子伴侣chaperones”诱导聚合物链，折叠成不同结方式来编织预先形成的聚合物链。

9、以研究这样的分子伴侣，是否可将单个1D聚合物链“编织”成通过周期性缠结保持形状的持久2D层。

10、以确定传统聚合物（聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯等）或类似材料是否可以机织或针织。

文献链接：https://www.nature.com/articles/s41563-021-01179-w

https://doi.org/10.1038/s41563-021-01179-w

本文译自Nature。

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