大分子自組裝在近些年取得了飛速的發(fā)展，并被廣泛應(yīng)用于載藥、納米光刻、催化、分子電子器件、傳感器等領(lǐng)域。
眾所周知，材料的性能及功能不僅與材料的化學(xué)組分相關(guān)，而且與內(nèi)在不同尺度的結(jié)構(gòu)有著密切關(guān)聯(lián)?；瘜W(xué)結(jié)構(gòu)上的細(xì)小差異可能會(huì)引起組裝結(jié)構(gòu)以及功能上的巨大差異。近年來，隨著“點(diǎn)擊”反應(yīng)的發(fā)展，具有特定形狀以及作用力的大分子得以精確合成。這些具有特定形狀與相互作用力的大分子展現(xiàn)出多樣新穎的組裝行為、組裝結(jié)構(gòu)以及功能。
近日，華南軟物質(zhì)科學(xué)與技術(shù)高等研究院程正迪教授課題組與黃明俊教授課題組，在高分子領(lǐng)域頂級(jí)綜述期刊Progress in Polymer Science發(fā)了表題為《The role of architectural engineering in macromolecular self-assemblies via non-covalent?interactions: A molecular LEGO approach》的綜述論文。該論文從結(jié)構(gòu)工程的角度系統(tǒng)且全面地總結(jié)了高分子、樹枝狀大分子、巨型分子、膠體、DNA以及蛋白質(zhì)等大分子的組裝行為，重點(diǎn)聚焦在大分子自組裝形成的周期以及準(zhǔn)周期性結(jié)構(gòu)。華南理工大學(xué)為文章第一單位，蘇澤彬博士為第一作者，程正迪教授以及黃明俊教授為文章的共同通訊作者。
在該文章中，作者提出了一種全新的概念：簡(jiǎn)單的構(gòu)造模塊（building blocks）可以拼接成具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)及相互作用力的大分子基元（macromolecular motifs），這些大分子基元通過非共價(jià)作用力進(jìn)一步組裝成有序結(jié)構(gòu)。這個(gè)過程與樂高積木的拼接有很多相似之處，因此也稱為樂高積木方法。文章根據(jù)構(gòu)造模塊的整體形狀將它們分為五大類，分別是高分子線團(tuán)、樹枝狀大分子、棒狀分子、盤狀分子以及多面體分子（表格1）。
這五類基本構(gòu)造模塊既可以同類組合也可以跨類別組合，因此可以得到共15種組合（圖1），例如兩種或者多種高分子線團(tuán)可以構(gòu)建嵌段共聚物；多面體納米分子與高分子線團(tuán)可以構(gòu)建巨型表面活性劑；盤狀分子與高分子線團(tuán)可以構(gòu)建液晶高分子；樹枝狀大分子與多面體納米分子可以構(gòu)成樹枝狀巨型分子；盤狀分子與多面體納米分子可以構(gòu)成巨型形狀兩親體；多種多面體納米分子可以構(gòu)成巨型多面體等等。文章詳盡描述了這十五類大分子基元的組裝行為，尤其側(cè)重描述組裝的結(jié)構(gòu)以及相關(guān)功能。
自從斯陶丁格提出大分子假說以來，高分子科學(xué)得到了繁榮的發(fā)展，尤其是線性高分子為我們的生活帶了方方面面的改變。具有特定形狀及相互作用力的大分子進(jìn)一步拓展了大分子材料的結(jié)構(gòu)與功能的多樣性。在文章的結(jié)尾，作者對(duì)基于樂高積木法構(gòu)建大分子提出了幾點(diǎn)挑戰(zhàn)與展望。首先應(yīng)該進(jìn)一步拓展構(gòu)造模塊的工具箱，例如有機(jī)籠狀分子、金屬-有機(jī)籠狀復(fù)合物、精確的無機(jī)團(tuán)簇、金屬納米粒子等等，以及進(jìn)一步拓展生物大分子例如DNA、蛋白質(zhì)等等在該方法中的使用。其次，相比于自然界中存在的許多精密結(jié)構(gòu)，人為設(shè)計(jì)的大分子自組裝還處于起始階段，完全操控多級(jí)自組裝的復(fù)雜二維、三維結(jié)構(gòu)仍是一個(gè)挑戰(zhàn)。最后，大分子自組裝結(jié)構(gòu)與特定的生物、機(jī)械、電、磁等方面的性能之間的關(guān)系尚未完全清楚。面對(duì)這些挑戰(zhàn)，前沿領(lǐng)域的多學(xué)科合作必不可少，包括但不限于理論與實(shí)驗(yàn)物理、計(jì)算機(jī)模擬、精確到化學(xué)合成以及先進(jìn)的化學(xué)與生物學(xué)表征手段。毋庸置疑的是這類具有特定形狀及作用力的大分子將成為一類廣泛適用，甚至具有新奇性能的新型材料。
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https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S007967002030023X
