膠體分子,又稱膠體簇,是指由多個膠體粒子通過物理或化學作用形成的一類具有類似分子拓撲結構的膠體粒子。與球形膠體粒子相比,膠體分子具有各向異性,既可以作為分子模型模擬一些基本的物理化學過程,也可以作為結構單元進一步構建具有更復雜結構的功能材料,因而受到廣泛的關注。膠體分子的制備非常困難,且絕大多數膠體分子都是由硬球(如PS、PMMA、SiO2等)組成的,完全由軟球組成的膠體分子尚未有報道。與硬球不同,軟的膠體粒子,如聚(N-異丙基丙烯酰胺)微凝膠 (PNIPAM),具有可變形性、缺陷容忍性以及刺激響應性等獨特性質,在制造智能材料方面擁有極其廣闊的應用空間。然而,也正是因為軟球軟、易變形的特點,使得制備具有特定形狀的軟球膠體分子面臨巨大挑戰。
針對這一難題,南開大學張擁軍教授課題組提出了一種簡便快捷的微凝膠膠體分子的制備方法。他們以微凝膠膠體粒子自組裝形成的膠體晶體為模板,結合巰基-烯點擊化學,首次成功制備了一種具有特定結構的軟球膠體分子。他們首先將大小相同、表面分別修飾巰基和雙鍵的PNIPAM微凝膠球以數目比1:40混合,使其自組裝成膠體晶體,然后紫外光照原位引發巰基-烯點擊化學反應,將雙鍵修飾的微凝膠小球與周圍的巰基修飾的微凝膠球共價連接起來。得到的膠體分子包含13個微凝膠粒子。由于是原位連接,得到的微凝膠膠體分子仍具有高度規整的結構,同時保持了PNIPAM微凝膠軟球的性質以及溫度響應性。由于其高度規整的結構,這種膠體分子可作為晶核誘導膠體粒子形成樹枝狀晶體圖案,展示了其在凝聚態物理基礎研究方面的應用前景。
圖1. 由13個微凝膠球組成的膠體分子制備示意圖及其結構
在此基礎上,該課題組最近又以二元膠體晶體為模板,成功制備了具有類似分子結構的四面體、八面體和三角雙錐三種新型的溫敏性微凝膠膠體分子,豐富了軟球膠體分子的種類。他們將少量雙鍵修飾的微凝膠小球與巰基修飾的微凝膠大球混合,共組裝形成二元膠體晶體。在二元膠體晶體中小球填充在大球晶格的四面體或八面體空隙中。然后紫外光照引發巰基-烯點擊化學反應,使空隙中的小球與周圍的大球以共價鍵連接而形成微凝膠膠體分子。
圖2. 四面體、八面體、三角雙錐微凝膠膠體分子制備示意圖及其溫敏性
根據小球所處的位置,可以得到多種不同結構的膠體分子。當小球位于四面體空隙時形成四面體膠體分子,當小球位于八面體空隙時則形成八面體膠體分子。當兩個小球恰好同時填充在上下相鄰的兩個四面體空隙時,則獲得三角雙錐膠體分子。所得的三種微凝膠膠體分子都保留了PNIPAM的溫敏性。這種刺激響應性以及缺陷容忍性,使得微凝膠膠體分子在未來的晶體組裝中具有更多的優勢。
以上相關成果發表在ACS Macro Letters (ACS Macro Lett. 2016, 5, 565?568和ACS Macro Lett. 2018, 7, 80?84)上。
論文鏈接:
http://pubs.acs.org/doi/pdfplus/10.1021/acsmacrolett.6b00187
http://pubs.acs.org/doi/pdfplus/10.1021/acsmacrolett.7b00935
- 川大張興棟院士團隊王啟光/樊渝江:自潤滑雜化外泌體微凝膠通過體內靶向Foxo3基因編輯調控軟骨細胞線粒體自噬以緩解骨關節炎進展 2025-01-24
- 浙江大學高長有教授團隊 AFM: 新型棒狀微凝膠支架促進皮膚愈合并減少瘢痕形成 2025-01-18
- 天津大學史志遠教授團隊招聘科研助理 - 高分子化學、微凝膠/微囊泡/脂質體、酶包裹遞送載體、微流控 2024-12-17
- 天津大學宋東坡教授課題組 Angew:超分子瓶刷自組裝構筑納米到微米跨尺度光學結構 2025-05-15
- 東北林業大學劉守新教授團隊 Small:乙醇介導的膠束自組裝實現具有單晶形態和可調孔結構的有序介孔炭 2025-05-02
- 復旦大學王國偉團隊 Macromolecules:突破自組裝技術新邊界 - 高固含量下嵌段共聚物的熱誘導自組裝與熱誘導協同自組裝 2025-04-27
- 高分子合成化學新進展: 聚合誘導粒子自組裝合成膠體分子 2020-03-17