單分散二氧化硅納米顆粒組裝成微球超結(jié)構(gòu)**SEM圖

目前自組裝方法，通常受到組裝尺寸限制、或需對(duì)結(jié)構(gòu)單元進(jìn)行特定化學(xué)修飾、以及繁瑣的制造過(guò)程等制約，阻礙了自組裝超結(jié)構(gòu)的深入研究。相比之下，基于乳液體系的自組裝，具有簡(jiǎn)單、**、無(wú)需特定表面修飾等優(yōu)勢(shì)，是超結(jié)構(gòu)自組裝構(gòu)筑的理想候選策略之一。然而，乳液體系中長(zhǎng)期存在的困擾問(wèn)題，如乳液液滴粒徑不均一、需大量乳化劑、以及流體流動(dòng)而難以定位組裝等，嚴(yán)重阻礙了超結(jié)構(gòu)可控自組裝的實(shí)現(xiàn)以及應(yīng)用研究。

在前期提出的瞬態(tài)乳液體系工作基礎(chǔ)之上，進(jìn)一步開(kāi)發(fā)了一種模板輔助的限域乳化策略，實(shí)現(xiàn)微球超結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)單、**、定位自組裝構(gòu)筑。

▲圖1. 基于瞬態(tài)乳液體系的限域乳化自組裝策略。

要點(diǎn)1：模板輔助的限域乳化策略及其自組裝機(jī)制

在該工作中，發(fā)展了一種基于瞬態(tài)乳液體系的限域乳化策略，成功實(shí)現(xiàn)尺寸均一的微球超材料的簡(jiǎn)單、**和定位構(gòu)筑；以水與正丁醇的瞬態(tài)乳液體系為例，詳細(xì)介紹了具體乳化過(guò)程及其自組裝機(jī)制，并指出該策略的關(guān)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(tài)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(jìn)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(jié)構(gòu)的**SEM圖。結(jié)果表明，微球超結(jié)構(gòu)定位組裝在微孔模板內(nèi)部，產(chǎn)率高達(dá)到99％以上，其粒徑大小均勻（直徑為4.3±0.23 μm），且每個(gè)微球超結(jié)構(gòu)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(gòu)筑的微球超結(jié)構(gòu)**SEM圖。

要點(diǎn)2：限域乳化自組裝策略的可調(diào)控性

文中指出，微球超結(jié)構(gòu)的粒徑尺寸可由兩個(gè)主要參數(shù)進(jìn)行調(diào)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(jié)構(gòu)的大小與孔模板尺寸和納米顆粒濃度的關(guān)系變化圖。結(jié)果表明，通過(guò)簡(jiǎn)單改變孔模板大小及顆粒濃度，可實(shí)現(xiàn)微球尺寸在納米至毫米級(jí)的跨度范圍內(nèi)的可控構(gòu)筑。進(jìn)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(guī)則的孔形狀，均可實(shí)現(xiàn)微球的定位構(gòu)筑。

▲圖3.模板輔助的限域乳化自組裝策略的可調(diào)控性。

要點(diǎn)3：外界磁場(chǎng)誘導(dǎo)的微球超結(jié)構(gòu)形狀演變調(diào)控

更有趣的是，通過(guò)將磁性納米顆粒引入瞬態(tài)乳液自組裝體系中，實(shí)現(xiàn)了微球超結(jié)構(gòu)的形狀復(fù)雜化調(diào)控。例如，圖4A展示了通過(guò)逐步增加外磁場(chǎng)強(qiáng)度，誘導(dǎo)磁性納米顆粒在瞬態(tài)乳液中的自組裝，可實(shí)現(xiàn)其形貌由準(zhǔn)球形到橢圓形演變調(diào)控；另外，將橢球形的組裝超結(jié)構(gòu)從模板中釋放，并在外磁場(chǎng)誘導(dǎo)下可進(jìn)一步組裝，獲得長(zhǎng)鏈狀的二次組裝結(jié)構(gòu)，如圖4B所示；此外，將磁性與非磁性納米粒子混合，還可以進(jìn)一步將微球超結(jié)構(gòu)由橢圓形轉(zhuǎn)變?yōu)?/span>“不倒翁”形狀，如圖4D-4F所示。

要點(diǎn)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(jié)構(gòu)化各種類型和形狀的基本構(gòu)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(xì)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(zhǎng)，圖5C）等。該限域乳化策略的**定位組裝特性，有望在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景，如細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)、**和疫苗開(kāi)發(fā)、以及細(xì)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(tài)乳液體系，發(fā)展了一種簡(jiǎn)單、**且強(qiáng)大的限域乳化策略，通過(guò)瞬態(tài)乳液將基本構(gòu)筑單元引入到孔模板中，進(jìn)而在確定位置上構(gòu)筑均勻的微球超結(jié)構(gòu)。這種**定位、全尺寸可控特性的自組裝技術(shù)，有望為功能結(jié)構(gòu)基元的器件集成化，提供關(guān)鍵技術(shù)平臺(tái)，進(jìn)而在許多領(lǐng)域發(fā)揮出至關(guān)重要的作用，如：超表面構(gòu)筑、數(shù)據(jù)儲(chǔ)存、**輸送和緩釋、生化傳感、及光電器件等。堅(jiān)信，這種限域乳化自組裝技術(shù)，將為納米材料領(lǐng)域的研究與應(yīng)用帶來(lái)蓬勃發(fā)展的新契機(jī)。

wyf 05.14 本文部分來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)，請(qǐng)聯(lián)系處理！