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北理工课题组在液晶嵌段共聚物超分子聚合自组装方面取得重要进展


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近日,北理工材料学院罗运军-李霄羽课题组提出了一种基于液晶嵌段共聚物原位成核-生长超分子聚合自组装新策略。相关成果以“In-situ Nucleation-Growth Strategy for Controllable Heterogeneous Supramolecular Polymerization of Liquid Crystalline Block Copolymers and Their Hierarchical Assembly”为题,发表于著名期刊Angewandte Chemie-International Edition。材料学院博士后金碧鑫为该论文的第一作者,李霄羽教授为论文的通讯作者。

通过高效和通用的方法控制纳米尺度粒子的组装,同时对形貌和尺寸进行精确控制,历来是材料科学及化学领域最吸引人及最具有挑战的研究课题之一。近年来,超分子聚合领域的发展为设计和制备结构复杂、多功能性的人工结构提供了一个可行的思路。其中,诸多纳米结构的合成及制备都是通过“引发-生长”机制(或者称为“种子生长”)来实现的。然而,在大多数情况下,由于超分子相互作用的动态特质,这些基于非共价作用的超分子聚合物纳米结构的稳定性较低,为其尺寸的精确控制和后续功能化带来了极大的难度。

鉴于此,js06金沙所有网址js-(东莞)有限公司材料学院罗运军-李霄羽课题组在前期液晶嵌段共聚物精确可控自组装工作的基础上(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-生长”超分子聚合自组装的新策略,通过“一锅法”精确合成多种嵌段型超分子聚合物纳米结构,有效地将嵌段型胶束传统的三步“籽晶生长”制备法精简为一步,极大地简化了其制备过程。

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作者通过在液晶嵌段共聚物自组装的过程中引入动力学控制因素,在时间和空间上将成核与生长过程分离,从而控制其超分子聚合过程。通过加入可以优先成核的第二组分(同核异壳或异核异壳的液晶嵌段共聚物),利用其优先聚集成核作为“种子”,引发另一嵌段共聚物进行生长,从而制备单分散及嵌段型超分子聚合物。该方法不仅操作简单而且具有较强的普适性,在多种嵌段共聚物体系中均可实现三嵌段、五嵌段甚至不同体系间杂化型嵌段超分子聚合物的可控制备。同时,通过调整成核与生长组分的比例,即可简单高效地精确调控嵌段型超分子聚合物纳米结构的长度。

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作者进一步研究发现,当使用不溶性嵌段共聚物作为成核组分时,可以使得原位形成的嵌段型超分子聚合物纳米结构进一步自发进行多级组装,形成规则的高级聚集体结构。并且,其结构也可以通过生长和成核组分之间的比例进行有效控制,随着成核组分的比例逐渐增加,可依次得到单根三嵌段、“交叉型”、簇型和聚集体等多级纳米组装体。

这种简单而有效的原位“成核-生长”方法将嵌段共聚物自组装与超分子聚合方法相结合,提供了一种新的嵌段共聚物精确自组装策略。这种方法可以扩展至其他的类似嵌段共聚物或超分子体系当中,不仅将成为高分子及超分子自组装领域的一个新发展方向,还有望运用于生物大分子领域,为研究蛋白、多糖聚集体提供新思路。

全文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/ange.202219067


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