華東理工林嘉平教授團隊在多級納米線的超分子解聚取得新進展

自組裝與解組裝是自然界中納米結構構建的基本原則,同時這組可逆過程在維持生物機體功能,如細胞組織的新陳代謝和自我復制等方面起著重要的作用。例如,在細胞中,球狀肌動蛋白(G-actin)與三磷酸腺苷(ATP)以非共價相互作用結合成微絲狀結構,這些微絲可以解聚,通過ATP水解生成二磷酸腺苷(ADP)而再產生G-actin,這種可逆的重組過程對細胞分裂和胞質循環至關重要。作為超分子化學中重要的科學前沿之一,超分子聚合是精確制備多級復雜納米結構的重要方法。然而,其相反的過程,超分子解聚即由超分子結構分解為組裝單元較少被研究,尤其是超分子解聚的機理和動力學尚不清楚。

華東理工林嘉平教授團隊在多級納米線的超分子解聚取得新進展
圖1. 納米線以超分子解聚方式形成膠束單元

最近,華東理工大學林嘉平教授團隊報道瞭由超分子聚合合成的一維納米線的熱致超分子解聚現象。納米線是由預組裝膠束通過超分子逐步聚合形成的,隨著溫度的升高,納米線節點處的膠束間相互作用即疏水相互作用被破壞,導致納米線隨機解聚成納米線碎片和膠束單元(見圖1)。膠束之間的聚合物分子鏈轉移伴隨著解聚發生,這是此類超分子解聚的特點之一。研究人員還提出瞭描述超分子解聚過程的理論模型,動力學理論研究表明,超分子熱解聚的速率常數隨溫度的升高而增大。另外,隨著納米線溶液中水含量的增加,膠束間的相互作用逐漸增強,納米線的解聚變得困難。這種溫度誘導的超分子解聚在生物醫學領域具有潛在的應用價值。此外,這項工作也為理解超分子降解的基本原理提供瞭重要信息,並可幫助設計和制備各類復雜的功能納米結構。該工作由華東理工大學博士研究生郜洪兵、博士後高梁蔡春華教授林嘉平教授的指導下完成,以“Supramolecular Depolymerization of Nanowires Self-Assembled from Micelles”為題發表在Macromolecules(DOI: 10.1021 /acs.macromol.0c00146)

另外,林嘉平教授團隊近年來在超分子聚合方面取得瞭多項進展。將高分子聚合概念拓展到組裝體的超分子聚合領域,發現並報道瞭膠束單元的超分子聚合、超分子環化、超分子活性聚合等現象。例如,聚肽接枝共聚物的預組裝膠束在低溫誘導下發生超分子聚合形成多級納米線結構,並提出瞭其超分子聚合的動力學模型(Macromolecules 2019, 52, 7731);剛柔嵌段共聚物形成的柱狀膠束可以在二次投料後發生種子生長行為,並通過理論模擬提出瞭液晶驅動自組裝(LCDSA)實現超分子活性聚合的動力學理論和超分子聚集體的均一性起源(Nano Letters 2019, 19, 2032)。此外,近期林嘉平教授團隊針對共聚物的多級自組裝行為,在Chemical Review上發表瞭題為“Self-Assembly of Copolymer Micelles: Higher-Level Assembly for Constructing Hierarchical Structure”的綜述文章(見圖2),闡述瞭本研究團隊及同行近年來共聚物膠束自組裝的研究進展和發展前景,特別討論瞭在不同驅動機制下發生的膠束超分子聚合行為,以及理論模擬在揭示此類組裝機理中所發揮的重要作用。

華東理工林嘉平教授團隊在多級納米線的超分子解聚取得新進展
圖2. 共聚物的多級自組裝行為

相關研究工作:

1. Yingqing Lu, Jiaping Lin*, Liquan Wang, Liangshun Zhang*, Chunhua Cai. Self-Assemblyof Copolymer Micelles: Higher-Level Assembly for Constructing HierarchicalStructure. Chem. Rev. 2020, DOI: 10.1021/acs.chemrev.9b00774.

鏈接:

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.chemrev.9b00774

2. Hongbing Gao#, Liang Gao#, Jiaping Lin*, YingqingLu, Liquan Wang, Chunhua Cai*, Xiaohui Tian. Supramolecular Depolymerization of Nanowires Self-Assembled from Micelles.

Macromolecules 2020, DOI: 10.1021/acs.macromol.0c00146.

鏈接:

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.

鏈接:

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.

鏈接:

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.9b00163

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