近年来，随着聚合物科学的发展，人造聚合物的自组装研究蓬勃发展，创造出多元化的有序结构，同时也为有机聚合物/无机杂化体系共组装提供了新平台；同时，瓶刷嵌段共聚物由于其侧链密集接枝、尺寸达到微米级的特点，几乎没有链缠结，使它们成为应用于自组装的热门材料。然而，通过瓶刷嵌段共聚物实现有机聚合物/无机杂化体系共组装，并利用简易措施实现微观形貌的调谐和演变，依然是兼具应用前景和巨大挑战的研究内容。
近日，华中科技大学的朱锦涛教授、陈森斌研究员团队通过设计氢键线性刷嵌段共聚物P(NBDAP-co-NBC)-b-P(NBPEO)和侧链Thy-PS，利用二氨基吡啶(DAP)和胸腺嘧啶(Thy)之间的氢键结合，实现了溶液自组装和氢键瓶刷嵌段共聚物的形成，随着Thy-PS的增加，产生尺寸增大的纳米球。另一方面，无机氧簇硅钨酸(STA)与P(NBC-co-NBDAP)-b-P(NBPEO)相结合，形成了PEO/STA共晶核，因此，通过在固定STA含量的同时逐渐增加Thy-PS，实现了聚合物、无机和超分子化学界面的共结晶辅助自组装，反映了从六角形片状、针状、弯曲棒状胶束，最终到端对端闭合圆环的多阶段形态转变（图1）。
图1：a) 线型-瓶刷状嵌段共聚物P(NBDAP-co-NBC)-b-P(NBPEO)的结构和示意图；b) P(NBDAP-co-NBC)-b-P(NBPEO)/Thy-PS二元体系随Thy-PS添加量增加，形成的超分子瓶刷状嵌段共聚物，及在溶液自组装作用下，形成直径逐步增大的球形纳米颗粒；c) (NBDAP-co-NBC)-b-P(NBPEO)/Thy-PS/STA三元体系随Thy-PS添加量增加，形成的超分子瓶刷状嵌段共聚物，及在结晶驱动自组装作用下，体现出从六边形晶体、针状晶体、弯曲棒状胶束，到闭合圆环的形貌转变。
同时，在溶液自组装的情况下，Thy-PS被固定在内核，而P(NBPEO)分布在球体的外部；而与之相反，在结晶协助自组装的作用下，P(NBPEO)/STA晶体杂化有利于共晶核心的形成，锚定其中的Thy-PS作为外层，分布在晶体表面。简而言之，由于P(NBPEO)/STA杂化体的共晶核形成，通过将制备方法从溶液自组装改为共晶辅助自组装，可以实现从纳米球内部到共晶核表面的PS域从内到外的重构（图2）。
图2：纳米球和弯曲棒状胶束的形成示意图，以及PS由内核向壳层的迁移。
作者简介
朱锦涛：
华中科技大学化学与化工学院教授、研究生院院长、华中卓越学者领军岗，国家杰出青年科学基金获得者、国家“万人计划”科技创新领军人才、科技部中青年科技创新领军人才、英国皇家化学会会士、中国化学会青年化学奖获得者。主要从事聚合物有序结构材料的构筑及其光电存储性能；生物医用与防护材料及在组织修复与治疗领域应用的研究。已在Nat Commun, JACS, Angew，Adv. Mater, Biomaterials, Macromolecules等期刊上发表论文250余篇；出版中英文专著3章；申请中国发明专利53项（已授权15项）。
现任华中科技大学学术委员会委员、教学指导委员会委员，材料成形与模具技术国家重点实验室副主任，能量转换与存储材料化学教育部重点实验室常务副主任，Macromolecular Research杂志副主编、中国化学会理事、中国高分子学科委员会委员等
来源：高分子科学前沿
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