
近日,我校輕工科學(xué)與工程學(xué)院郭俊凌教授團(tuán)隊(duì)在國際化學(xué)頂級(jí)期刊Angewandte Chemie International Edition發(fā)表題為:Customizable Supraparticles Constructed from Catechol-Terminated Molecular Building Blocks with Controllable Intermolecular Interactions的研究。多層級(jí)自組裝策略對(duì)于深入理解從分子、納米到宏觀尺度的組裝過程具有重要意義,同時(shí)也為構(gòu)筑先進(jìn)智能材料提供了可靠的途徑。隨著材料化學(xué)的發(fā)展,引入納米顆粒作為基本構(gòu)筑單元為超結(jié)構(gòu)顆粒的設(shè)計(jì)開辟了新方向,此類研究多集中于對(duì)顆粒表面進(jìn)行修飾從而賦予顆粒間驅(qū)動(dòng)力以實(shí)現(xiàn)自組裝。然而,在這些傳統(tǒng)方法中,納米顆粒的合成與表面修飾是分離的兩個(gè)步驟,很大程度上增加了自組裝材料的合成復(fù)雜性和應(yīng)用難度。
我校郭俊凌教授團(tuán)隊(duì)主要圍繞植物多酚在基礎(chǔ)科學(xué)和前沿應(yīng)用領(lǐng)域開展研究。在早期的工作中,探究了植物多酚獨(dú)特的界面相互作用,發(fā)展了模塊化的膠體組裝方法(Nat. Nanotechnol. 2016, 11, 1105)?;谠撗芯?,構(gòu)建了酵母人工光合系統(tǒng)(Science, 2018, 362, 813)和細(xì)胞治療平臺(tái)(Adv. Mater., 2020, 32, 2003492; Adv. Sci., 2023, 2207488)。此外,基于超分子組裝,以鄰苯二酚基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)單元為核心材料,利用植物多酚天然的物理化學(xué)性質(zhì),構(gòu)建了類蛋白類核酸介晶超結(jié)構(gòu)(Sci. Adv. 2021, 7, eabh3482)。受此啟發(fā),通過在功能分子中偶聯(lián)鄰苯三酚,可實(shí)現(xiàn)從母體分子到超結(jié)構(gòu)顆粒的一體化制備策略。
該團(tuán)隊(duì)首先將鄰苯二酚基團(tuán)與多種功能基團(tuán)偶聯(lián),包括異煙堿酰氯(Py)、4-苯基偶氮苯甲酰氯(Azo),油酰氯(Ole),形成以鄰苯二酚為末端的母體分子單元。該母體分子可以通過多種分子間相互作用(即金屬絡(luò)合、主客體相互作用和疏水相互作用)獲得初級(jí)納米顆粒(圖1B)。這些初級(jí)納米顆粒包含豐富的鄰苯二酚基團(tuán),因此可以進(jìn)一步通過多酚與金屬絡(luò)合作用實(shí)現(xiàn)二級(jí)超結(jié)構(gòu)顆粒構(gòu)建。該團(tuán)隊(duì)證明了,通過將不同的功能基團(tuán)與鄰苯二酚基團(tuán)結(jié)合,可以獲得具有一系列功能的超結(jié)構(gòu)顆粒,如酸堿雙pH響應(yīng)性(圖1C)、光控滲透性(圖1D)和膜非損傷的細(xì)胞標(biāo)記(圖1E)。該研究為構(gòu)建具有可定制化功能和多層級(jí)結(jié)構(gòu)的超級(jí)顆粒系統(tǒng)提供了新的策略和研究思路。該文通訊作者為郭俊凌教授和龔貴東副研究員(專職科研),第一作者為輕工學(xué)院2021級(jí)博士研究生張亞靜、材料學(xué)院本科生王瑾(現(xiàn)芝加哥大學(xué)博士研究生)和輕工學(xué)院何云翔副研究員(專職科研)。國際著名超分子學(xué)家Ian Manners教授也對(duì)該研究提出了寶貴的建議。

圖1. 通過多級(jí)組裝鄰苯二酚封端功能分子單元實(shí)現(xiàn)可定制的超級(jí)顆粒
上述研究工作得到“國家海外高層次人才計(jì)劃”、“國家自然科學(xué)基金(22178233、22208228)”、“國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃(2022YFA0912800)”、“制革清潔技術(shù)國家工程研究中心人才經(jīng)費(fèi)”、“高分子材料工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室人才經(jīng)費(fèi)(sklpme 2020-3-01)”、“雙一流學(xué)科重點(diǎn)建設(shè)經(jīng)費(fèi)”等的資助支持。
論文鏈接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202303463