單分散二氧化硅納米顆粒組裝成微球超結構**SEM圖

目前自組裝方法，通常受到組裝尺寸限制、或需對結構單元進行特定化學修飾、以及繁瑣的制造過程等制約，阻礙了自組裝超結構的深入研究。相比之下，基于乳液體系的自組裝，具有簡單、**、無需特定表面修飾等優勢，是超結構自組裝構筑的理想候選策略之一。然而，乳液體系中長期存在的困擾問題，如乳液液滴粒徑不均一、需大量乳化劑、以及流體流動而難以定位組裝等，嚴重阻礙了超結構可控自組裝的實現以及應用研究。

在前期提出的瞬態乳液體系工作基礎之上，進一步開發了一種模板輔助的限域乳化策略，實現微球超結構的簡單、**、定位自組裝構筑。

▲圖1. 基于瞬態乳液體系的限域乳化自組裝策略。

要點1：模板輔助的限域乳化策略及其自組裝機制

在該工作中，發展了一種基于瞬態乳液體系的限域乳化策略，成功實現尺寸均一的微球超材料的簡單、**和定位構筑；以水與正丁醇的瞬態乳液體系為例，詳細介紹了具體乳化過程及其自組裝機制，并指出該策略的關鍵是：利用了水和正丁醇的部分混溶特性，在孔模板中形成瞬態微乳液滴，從而使分散在微乳液滴中的納米顆粒在孔模板中進行有序自組裝。

圖2展示了以單分散的二氧化硅納米顆粒組裝成微球超結構的**SEM圖。結果表明，微球超結構定位組裝在微孔模板內部，產率高達到99％以上，其粒徑大小均勻（直徑為4.3±0.23 μm），且每個微球超結構是由納米顆粒以六方密堆積組裝而成。

▲圖2. 基于限域乳化策略自組裝構筑的微球超結構**SEM圖。

要點2：限域乳化自組裝策略的可調控性

文中指出，微球超結構的粒徑尺寸可由兩個主要參數進行調控：孔模板尺寸大小和溶液中的納米顆粒濃度。圖3展示了微球超結構的大小與孔模板尺寸和納米顆粒濃度的關系變化圖。結果表明，通過簡單改變孔模板大小及顆粒濃度，可實現微球尺寸在納米至毫米級的跨度范圍內的可控構筑。進一步，除了蜂窩狀孔陣列模板外，限域乳化策略還適用于各種不同形狀的孔陣列，如圓柱體形、圓柱二聚體形、倒金字塔形、甚至不規則的孔形狀，均可實現微球的定位構筑。

▲圖3.模板輔助的限域乳化自組裝策略的可調控性。

要點3：外界磁場誘導的微球超結構形狀演變調控

更有趣的是，通過將磁性納米顆粒引入瞬態乳液自組裝體系中，實現了微球超結構的形狀復雜化調控。例如，圖4A展示了通過逐步增加外磁場強度，誘導磁性納米顆粒在瞬態乳液中的自組裝，可實現其形貌由準球形到橢圓形演變調控；另外，將橢球形的組裝超結構從模板中釋放，并在外磁場誘導下可進一步組裝，獲得長鏈狀的二次組裝結構，如圖4B所示；此外，將磁性與非磁性納米粒子混合，還可以進一步將微球超結構由橢圓形轉變為“不倒翁”形狀，如圖4D-4F所示。

要點4：限域乳化自組裝策略的普適通用性

圖5示例了模板輔助的限域乳化自組裝策略的普適通用性，可適用于超結構化各種類型和形狀的基本構筑單元，包括：不同形貌的納米顆粒（納米球、納米棒、納米片等，圖5A）、生物大分子（殼聚糖、酪蛋白、魚精DNA、甚至葡萄球菌細胞，圖5B）、離子化合物晶體（NaCl的“立方狀”微晶、Na2SO3的“米粒狀”微晶、Na2SO4的“花狀”微晶的生長，圖5C）等。該限域乳化策略的**定位組裝特性，有望在生物醫學領域展現出廣闊的應用前景，如細胞培養技術、**和疫苗開發、以及細胞和基因工程等。

▲圖5. 模板輔助的限域乳化自組裝策略的普適通用性。

綜上所述，基于瞬態乳液體系，發展了一種簡單、**且強大的限域乳化策略，通過瞬態乳液將基本構筑單元引入到孔模板中，進而在確定位置上構筑均勻的微球超結構。這種**定位、全尺寸可控特性的自組裝技術，有望為功能結構基元的器件集成化，提供關鍵技術平臺，進而在許多領域發揮出至關重要的作用，如：超表面構筑、數據儲存、**輸送和緩釋、生化傳感、及光電器件等。堅信，這種限域乳化自組裝技術，將為納米材料領域的研究與應用帶來蓬勃發展的新契機。

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