螺旋結構普遍存在于自然界中，很多生物大分子也是具有螺旋結構的，如蛋白質的α-螺旋和脫氧核糖核酸(DNA)的雙螺旋結構。生物大分子的螺旋結構在生命功能起著重要作用，如識別、復制、遺傳等。受生物大分子螺旋結構和功能的啟發(fā)，螺旋結構引起了人們日益增長的研究興趣。自組裝是生物體中普遍存在的現(xiàn)象之一，自組裝貫穿生物體生命活動的始終。利用兩親性共聚物的有序自組裝是構建超分子螺旋結構的有效方法之一。
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最近，合肥工業(yè)大學化學與化工學院吳宗銓教授研究小組通過利用鎳催化劑順序聚合噻吩和異腈單體，一步合成了兩親性聚噻吩-聚異腈嵌段共聚物(P3HT-b-PPI)，成功將光學活性的螺旋聚異腈引入到共軛結構的聚噻吩上。他們利用聚噻吩的結晶性和聚異腈的螺旋手性，發(fā)展了結晶驅動不對稱螺旋自組裝的方法，實現(xiàn)了螺旋超分子膠束的可控制備。并且發(fā)現(xiàn)這種螺旋結構還可以誘導出有趣的白光和圓偏振光(CPL)。
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在甲苯和異丙醇混合溶劑中，利用P3HT-b-PPI中聚噻吩嵌段鏈的結晶性驅動共聚物不對稱自組裝(crystallization-driven asymmetric self-assembly, CDASA)形成螺旋狀膠束，采用“自晶種”(self-seeding)和“種子增長”(seed growth)的方法均可得到長度和寬度可控的螺旋纖維膠束，通過調控大單體與晶種的比例可以控制螺旋膠束的長度和窄分布；在不對稱自組裝過程中，聚異腈的螺旋手性會傳遞到納米膠束上，通過調控螺旋聚異腈的手性可以控制納米膠束的螺旋方向。綜合這些調控手段，可以獲得一系列有序結構、且不同尺寸的單手性螺旋的超分子膠束，并且實現(xiàn)大分子的分子手性向超分子組裝體的手性傳遞。
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此外，作者還研究發(fā)現(xiàn)P3HT-b-PPI的嵌段共聚物自組裝形成單手性的超分子螺旋結構以后，還能被誘導發(fā)出白光和圓偏振光。在結晶驅動不對稱自組裝過程中，共軛聚噻吩的構象會發(fā)生變化，發(fā)出有趣的白光。而聚異腈的分子手性傳遞到超分子螺旋結構以后，會誘導聚集體產生手性，誘導非手性的聚噻吩發(fā)射出手性的圓偏振光。研究發(fā)現(xiàn)圓偏振光的強度依賴于單手性螺旋膠束的長度，而圓偏振光的手性則取決于聚異腈嵌段鏈的螺旋手性。通過調控螺旋膠束的長度和螺旋方向，能夠實現(xiàn)對圓偏振發(fā)光的有效調控。
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本研究的意義在于建立了結晶驅動不對稱自組裝的方法，實現(xiàn)了單手性螺旋狀超分子膠束的可控制備，為有機白光材料和圓偏振發(fā)光材料的制備提供了新的合成方法和研究思路。
參考文獻：
Xu, L.; Wang, C.; Li, Y.-X.; Xu, X.-H.; Zhou, L.; Liu, N.; Wu, Z.-Q.,* Crystallization-Driven Asymmetric Helical Assembly of Conjugated Block Copolymer and the Aggregation Induced White-light Emission and Circularly Polarized Luminescence. Angew. Chem. Int. Ed.,2020, DOI: 10.1002/anie.202006561
