林嘉平教授团队在多级纳米线的超分子解聚取得新进展
发布人: 网站管理员 发布时间: 2020-05-14 作者: 访问次数: 106

自组装与解组装是自然界中纳米结构构建的基本原则,同时这组可逆过程在维持生物机体功能,如细胞组织的新陈代谢和自我复制等方面起着重要的作用。例如,在细胞中,球状肌动蛋白(G-actin)与三磷酸腺苷(ATP)以非共价相互作用结合成微丝状结构,这些微丝可以解聚,通过ATP水解生成二磷酸腺苷(ADP)而再产生G-actin,这种可逆的重组过程对细胞分裂和胞质循环至关重要。作为超分子化学中重要的科学前沿之一,超分子聚合是精确制备多级复杂纳米结构的重要方法。然而,其相反的过程,超分子解聚即由超分子结构分解为组装单元较少被研究,尤其是超分子解聚的机理和动力学尚不清楚。

1. 纳米线以超分子解聚方式形成胶束单元

最近,华东理工大学林嘉平教授团队报道了由超分子聚合合成的一维纳米线的热致超分子解聚现象。纳米线是由预组装胶束通过超分子逐步聚合形成的,随着温度的升高,纳米线节点处的胶束间相互作用即疏水相互作用被破坏,导致纳米线随机解聚成纳米线碎片和胶束单元(见图1)。胶束之间的聚合物分子链转移伴随着解聚发生,这是此类超分子解聚的特点之一。研究人员还提出了描述超分子解聚过程的理论模型,动力学理论研究表明,超分子热解聚的速率常数随温度的升高而增大。另外,随着纳米线溶液中水含量的增加,胶束间的相互作用逐渐增强,纳米线的解聚变得困难。这种温度诱导的超分子解聚在生物医学领域具有潜在的应用价值。此外,这项工作也为理解超分子降解的基本原理提供了重要信息,并可帮助设计和制备各类复杂的功能纳米结构。该工作由华东理工大学博士研究生郜洪兵、博士后高梁在蔡春华教授和林嘉平教授的指导下完成,以“Supramolecular Depolymerization of Nanowires Self-Assembled from Micelles为题发表在Macromolecules (DOI: 10.1021 /acs.macromol.0c00146. 链接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.macromol.0c00146)

另外,林嘉平教授团队近年来在超分子聚合方面取得了多项进展。将高分子聚合概念拓展到组装体的超分子聚合领域,发现并报道了胶束单元的超分子聚合、超分子环化、超分子活性聚合等现象。例如,聚肽接枝共聚物的预组装胶束在低温诱导下发生超分子聚合形成多级纳米线结构,并提出了其超分子聚合的动力学模型(Macromolecules 2019, 52, 7731);刚柔嵌段共聚物形成的柱状胶束可以在二次投料后发生种子生长行为,并通过理论模拟提出了液晶驱动自组装(LCDSA)实现超分子活性聚合的动力学理论和超分子聚集体的均一性起源(Nano Letters 2019, 19, 2032)。此外,近期林嘉平教授团队针对共聚物的多级自组装行为,在Chemical Review上发表了题为“Self-Assembly of Copolymer Micelles: Higher-Level Assembly for Constructing Hierarchical Structure的综述文章(见图2),阐述了本研究团队及同行近年来共聚物胶束自组装的研究进展和发展前景,特别讨论了在不同驱动机制下发生的胶束超分子聚合行为,以及理论模拟在揭示此类组装机理中所发挥的重要作用。

2. 共聚物的多级自组装行为

相关研究工作:

  1. Yingqing Lu, Jiaping Lin*, Liquan Wang, Liangshun Zhang*, Chunhua Cai. Self-Assembly of Copolymer Micelles: Higher-Level Assembly for Constructing Hierarchical Structure. Chem. Rev. 2020, DOI: 10.1021/acs.chemrev.9b00774. 链接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.chemrev.9b00774

  2. Hongbing Gao#, Liang Gao#, Jiaping Lin*, Yingqing Lu, Liquan Wang, Chunhua Cai*, Xiaohui Tian. Supramolecular Depolymerization of Nanowires Self-Assembled from Micelles. Macromolecules 2020, DOI: 10.1021/acs.macromol.0c00146. 链接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.macromol.0c00146

  3. Hongbing Gao#, Xiaodong Ma#, Jiaping Lin*, Liquan Wang, Chunhua Cai*, Liangshun Zhang, Xiaohui Tian. Synthesis of Nanowires via Temperature-Induced Supramolecular Step-Growth Polymerization. Macromolecules 2019, 52, 7731-7739. 链接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.macromol.9b01358

  4. Liang Gao, Jiaping Lin,* Liangshun Zhang, Liquan Wang*. Living Supramolecular Polymerization of Rod−Coil Block Copolymers: Kinetics, Origin of Uniformity, and Its Implication. Nano Lett. 2019, 19, 2032-2036. 链接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.9b00163