近日，我校輕工科學(xué)與工程學(xué)院郭俊凌教授團隊在國際化學(xué)頂級期刊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。多層級自組裝策略對于深入理解從分子、納米到宏觀尺度的組裝過程具有重要意義，同時也為構(gòu)筑先進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)計開辟了新方向，此類研究多集中于對顆粒表面進行修飾從而賦予顆粒間驅(qū)動力以實現(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。
我校郭俊凌教授團隊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）。基于該研究，構(gòu)建了酵母人工光合系統(tǒng)（Science, 2018, 362, 813）和細胞治療平臺（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。
該團隊首先將鄰苯二酚基團與多種功能基團偶聯(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）獲得初級納米顆粒（圖1B）。這些初級納米顆粒包含豐富的鄰苯二酚基團，因此可以進一步通過多酚與金屬絡(luò)合作用實現(xiàn)二級超結(jié)構(gòu)顆粒構(gòu)建。該團隊證明了，通過將不同的功能基團與鄰苯二酚基團結(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結(jié)構(gòu)的超級顆粒系統(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教授也對該研究提出了寶貴的建議。
圖1. 通過多級組裝鄰苯二酚封端功能分子單元實現(xiàn)可定制的超級顆粒
上述研究工作得到“國家海外高層次人才計劃”、“國家自然科學(xué)基金（22178233、22208228）”、“國家重點研發(fā)計劃（2022YFA0912800）”、“制革清潔技術(shù)國家工程研究中心人才經(jīng)費”、“高分子材料工程國家重點實驗室人才經(jīng)費（sklpme 2020-3-01）”、“雙一流學(xué)科重點建設(shè)經(jīng)費”等的資助支持。
論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202303463
