2022年纳米颗粒精确自组装热点回眸

构筑具有特定功能的复杂物质是纳米颗粒自组装的重要目标之一。聚焦于纳米颗粒自组装的基本原则,讨论了纳米粒子间的相互作用力驱动自组装具有理想性能的纳米结构和材料,精确制备从零维到三维的高质量结构,如胶体分子、纳米链、胶体晶体和光子晶体等;回顾了2022年纳米颗粒组装体在传感、光电器件、显示、药物递送和生物医疗诊断领域所取得的重要进展,并提出了该领域在构筑新物质方面面临的挑战。     

三重氢键自组装体系的设计与应用

三重氢键超分子自组装体系具有较强的结合力、合成简单、结构易于修饰以及可预测的识别性能等优点,广泛应用于分子识别、催化、软物质材料、功能材料等领域。利用65篇文献综述了近年来三重氢键自组装体系的研究进展及其应用,重点介绍了各类三重氢键体系的设计思路及其稳定性影响因素。在此基础上,展望了未来三重氢键自组装体系的研究方向,主要包括设计合成能够在生理条件下稳定的三重氢键结合单元以及深化组装机理的研究。     

晶体自范性和自生成模板法结合生长组装多级纳米结构

概述了一种三维纳米结构的组装新方法,即结合利用晶体生长自范性特点和自生成模板法合成三雏多级纳米结构．该新方法具有方便、可控和无后处理等优点．例如,通过金红石相TiO2的链状晶体结构特点获得其纳米结构单元,同时利用反应中的自生成氧气气泡模板作为纳米结构单元的支撑,成功得到了高产率的二氧化钛空心多级纳米结构．利用新物相VOOH层状晶体结构的特性来获得片状纳米单元,同时利用反应中的氮气模板对纳米结构单元的支撑作用,组装得到了这种新相物质的三维空“蒲公英”状片层组装结构,还利用钛酸H2Ti2O5晶体结构层状的特点并以自生成模板TiQxCl2-2x（EN）y作为钛酸纳米结构单元的支撑,获得了纳米片组装的钛酸多级纳米结构．     

DNA自组装与信息存储

脱氧核糖核酸(Deoxyribonucleic acid,DNA)作为未来数据的存储介质具有巨大的潜力.近年来,DNA自组装技术发展迅速,其中DNA折纸(origami)和DNA瓦片(tile)设计及组装技术已经实现了纳米结构的原子级精度.DNA自组装纳米结构因其具有空间可寻址性、可编程性等优点,为基于DNA自组装的信...     

嵌段共聚物的自组装(一)

分子自组装在生物工程技术上的建模、分子器件、表面工程以及纳米科技领域有越来越广泛的应用.而嵌段共聚物的自组装更显示了强大的应用前景.它凭借自身独特的物理化学性质,能自组装形成小到几个纳米、大至数微米乃至更大尺寸范围内的、丰富多彩的形态结构.同时,它的自组装形态能在较弱的外场作用下,作出较强的响应,从而能更好地实现其体系自组装行为的调控.     

功能性自组装体的制备研究

新型组装基元的构筑和组装体的功能是自组装研究的两个核心问题。该研究分别在这两个方面取得了一些进展。各向异性组装基元的出现极大地丰富了自组装的研究内容,并为制备高度有序和复杂的组装体提供了新工具,但目前已报道的各向异性组装基元一般限于微观和亚微观尺寸。该研究制备了分子水平的各向异性粒子,并发现其具有独特的自组装行为。比如:合成了分别具有一个环糊精基团和一个偶氮苯基团的超支化聚合物,然后通过环糊精和偶氮苯之间的主客体复合,偶联得到了Janus型超支化聚合物,且该各向异性聚合物可以进一步自组装形成均一的纳米囊泡,而且所制备的囊泡可以进一步组装形成类似胶子晶体的多级结构。这种高度均一的囊泡组装体是十分罕见的。该课题还在组装体的功能化方面开展研究。例如:长期以来仿细胞模型体系一般只限于对细胞膜结构的仿生,但实际上细胞在发生结构转变时往往伴随着功能的表达。最近,我们制备了具有p H响应的聚合物囊泡,该囊泡可以在p H触发下实现可逆的收缩和膨胀,最为重要的是在这个形变过程中,同时伴随着囊泡荧光的增强和淬灭。整个过程和绿色荧光水母的呼吸过程有些相似。这是目前已报道的为数不多的结构和功能同时表达的一个人工模型膜体系。     

分子自组装及超分子自组装体的研究进展

基于分子自组装的超分子科学是21世纪的新概念和高新技术的重要源头之一.简要介绍了超分子体系,阐述了分子自组装的基本概念和特点,系统地总结并评述了超分子自组装体的最新进展和成果,并展望了超分子自组装研究的发展前景.     

一维β-FeOOH的制备及其自组装

以FeCl3·6H2O水溶液为前驱体,通过恒温水浴水解、表面活性剂组装和水热法强迫水解两种方法制备出了两种不同形态的β-FeOOH纳米棒自组装聚集体.采用XRD、FTIR和SEM等对产品的结构和形态进行了表征.实验表明:产品为结晶性良好的四方相结构,以一维的纳米棒自组装而成的有序聚集体.并讨论了表面活性剂的浓度和反应温度对纳米粒子组装的影响.     

纳米粒子嫁接嵌段共聚物体系的自组装模拟研究

基于非格点模型,结合自洽场理论中的能量表达式,运用蒙特卡洛模拟方法对嫁接有嵌段共聚物的纳米粒子进行自组装模拟研究。每一个纳米粒子表面上嫁接有多条相同性质的AB嵌段共聚物,其中组分之间存在一定的相互作用。通过改变组分之间的相互作用来对纳米粒子-嵌段共聚物体系的自组装结构进行研究。通过模拟发现:当一个纳米粒子-嵌段共聚物体系只存在A-B组分相互排斥作用时,其纳米粒子-嵌段共聚物中的A组分与B组分相分离,若同时还存在A-A(B-B)组分相互吸引作用时,其A-A(B-B)组分会相融合。同时还发现随着纳米粒子表面上的嵌段共聚物数量的减少,其嵌段共聚物黏附在纳米粒子表面的现象越明显。还研究了两个纳米粒子-嵌段共聚物体系的自组装模拟,并对其体系受两个纳米粒子之间距离的影响进行了研究。通过上述研究模拟发现,纳米粒子-嵌段共聚物的相结构以及其"最适"稳定态受组分之间的相互作用势和纳米粒子之间的距离的影响。     

自组装纳米模体

自组装已成为纳米技术制造工具系列中的一种关键性方法。在纳米领域中探索的科学家和工程师推断，与构成雪花同样类型的力——其自然的推斥吸引促使分子形成复杂的形状——可建构出有用的结构，比方说医疗器械或电芯片元件。但至今为止，大部分的纳米结构自组装研究只能在大学实验室演示。     

基于氢键的超分子自组装研究进展

综述了氢键在寡聚酰胺体系、喹啉衍生物体系、吡啶酰胺体系、氨基苯甲酰胺体系、菲咯啉酰胺体系、芳香酰肼体系、吡嗪咪唑酰胺体系、尿基衍生物体系的自组装过程中所起的作用及氢键在分子自组装中的发展现状.氢键具有可逆性,基于氢键的超分子自组装体系具有组装的多样性和广泛性等特点,据此可以预测氢键对自组装体结构和性质的影响,为设计和合成出结构稳定、性能优异、可以自由调控的材料提供理论基础.     

氢键在双组分自组装体系中的调控效应

将三聚氰胺添加到3,3’,4,4’-联苯邻二甲酰亚胺(化合物1)的自组装体系中,实现了自组装结构从片状到块状的转变.通过场发射扫描电子显微镜、红外光谱、紫外吸收光谱、荧光光谱和X射线衍射等实验对自组装结构和形成机理进行了研究.化合物1的紫外可见吸收和发射光谱的强度随着三聚氰胺的添加逐渐减弱.化合物1分子间的氢键发生变化,同时在化合物1和三聚氰胺之间形成新的氢键.氢键在调控自组装过程中起着重要角色.     

纳米自组装薄膜制备及应用研究进展

随着纳米技术的进步,为实现纳米材料各种应用功能,需要制备不同的纳米组装薄膜材料。本文对纳米组装薄膜制备、薄膜制备过程中分子间相互作用、外界刺激下协同作用以及未来发展方向进行了详细综述。在膜纳米结构中,制备薄膜主要有3种方法:自组装单分子膜(SAM)、层层自组装(Lb L)以及LB膜技术。SAM技术能够有效、精确地制备表面纳米结构。层层自组装技术及LB技术能够有效地控制并制备层状纳米结构。层层组装方法常用于制备面积较大的层状纳米结构;LB技术主要是利用其制备过程中独特的动态界面实现对超薄膜的制备。     

紫外线对离子互补型自组装寡肽EAK16-II聚集状态的影响

借助原子力显微镜对离子互补型自组装寡肽EAK16-II在水溶液中自组装聚集形态受紫外线的影响进行了研究.研究结果表明,紫外线改变了该类寡肽在水溶液中自组装形成的纳米结构.当用波长为365 nm的紫外线照射2 h后,离子互补型自组装寡肽的聚集态从纤维状结构转变为球形结构.从成核模型分析,其原因是由于紫外线照射导致了自组装聚集体分子间作用力的破坏以及β片层向β转角的转变.     

Ag纳米微粒的组装和SERS效应

近年来纳米粒子作为基本单元组装成各种复合结构的研究引起了人们的浓厚兴趣 ,人们期待着组装后的纳米粒子会有各种新的性能 [1] .Natan,Cotton等将硅基表面 (玻璃或石英 )进行硅烷化处理 ,从而形成一层末端带有功能基团 (氨基或巯基 )的高分子膜 ,然后通过这些基团与金或银纳米粒子之间的化学吸附作用使他们得以固定 ,制成纳米有序结构 .张锦等利用真空蒸镀的方法制备了银岛膜 .本文报道了用自组装和电化学组装相结合的方法 ,制备了银纳米粒子的二维阵列 ,研究了AMP在组装的银纳米阵列上的增强拉曼光谱 ( SERS) .1　实验部分1 .1　纳米…     

自组装模板法制备相分离结构二元混合自组装膜

利用分子自组装热力学及动力学特性,通过控制第一种分子的组装饱和度,以及中间有序化处理过程,得到混合自组装模板,成功的组装出具有相分离结构的五碳硫醇和巯基苯胺二元分子混合自组装膜.这种混合自组装方法对二元相分离结构的混合自组装分子膜具有一定的普适性.同时发现,在两步法混合自组装膜中,随着第一种分子的沉积时间增长,第二种分子的组装面积减小.另外对第一种分子膜进行有序化处理以及不同的处理温度对二元混合自组装膜的质量和结构有着较大的影响.     

环状酪氨酸二肽自组装行为的分子动力学模拟

基于GROMOS（Groningen Molecular Simulation）力场,利用分子动力学（molecular dynamics, MD）研究环状酪氨酸二肽在水溶液中的自组装行为,探究二肽温度对自组装结构的影响。结果表明,温度不同时,环状酪氨酸二肽可以形成两种结构,在273 K和403 K时会形成纳米球,在298~343 K时会形成稳定的纳米柱结构,这可能是由于高温情况下氢键会发生断裂。其中,库仑力、范德华力、氢键协同作用,共同影响环状酪氨酸二肽的组装行为。     

土壤中无机纳米微粒的自组装行为研究

采用超声波分散和离心分离的方法分离出土壤无机纳米微粒.通过透射电镜观察发现土壤中无机纳米微粒的形态主要有圆球状、片状、柱状、锥状、核状,并且不同形态的纳米微粒由溶胶向非溶胶状态转化时呈线性凝聚.通过原子力显微镜观察发现,组装团聚是土壤团聚体形成的真正机制.土壤无机纳米微粒在矿物表面和气液界面能发生自组装作用,土壤无机纳米微粒在矿物表面的自组装行为与矿物表面的特性有关,在活化矿物表面容易发生自组装反应,而非活化矿物表面则不容易发生反应,活化矿物表面的自组装与气液界面的组装作用非常相似.     

苯甲酰化壳聚糖和氨基酸在选择性溶剂中的自组装行为

研究了苯甲酰化壳聚糖(DBC)和天然生物分子氨基酸在选择性溶剂N,N-二甲苯甲酰胺(DMF)和水中的自组装行为.在超声波作用下,透明的混合溶液出现蓝白色乳光,同时紫外-可见光谱呈现透光率的突变,体系完成了自组装.自组装是通过两组分之间的氢键作用产生的.用动态光散射(DLS)和透射电镜(TEM)分别研究了自组装粒子的尺寸和形态.实验结果表明,苯甲酰化壳聚糖和氨基酸可以形成纳米尺寸或亚微米尺寸的自组装微粒,形成的微粒为球形或椭球形,微粒的尺寸为60～720 nm.粒子的尺寸显著受pH值和氨基酸种类的影响,因而可以利用pH值和氨基酸的种类控制自组装粒子的尺寸.     

姜黄素修饰透明质酸的自组装特性及其对Aβ40聚集的抑制作用:透明质酸相对分子质量的影响

淀粉样β蛋白(amyloidβ-peptide,Aβ)的聚集是阿尔兹海默症的主要病因.姜黄素(curcumin,Cur)是一种良好的Aβ聚集小分子抑制剂,但其存在水溶性和稳定性差等缺点.针对该问题,笔者先前将Cur修饰在透明质酸(hyaluronic acid,HA)上形成自组装纳米粒子CHA,不仅改善了Cur的水溶性和稳定性,而且还提高了Cur对Aβ聚集的抑制效果.为进一步考察HA的相对分子质量对纳米粒子自组装特性及其对Aβ聚集的抑制作用的影响,本研究将Cur分别以不同修饰度(substitution degree,SD)修饰在相对分子质量40、300和1,000的HA上,得到3类CHA.实验结果表明:HA相对分子质量能影响CHA的纳米结构及其最佳SD,HA相对分子质量越大,形成的CHA纳米结构越疏松,因而其最佳SD越大;在最佳SD下,相对分子质量为300的HA自组装形成的CHA的纳米结构最为合适,其抑制效果最好.研究结果对自组装纳米药物的设计具有重要的参考意义.