超粒子（Supraparticle）是指以一種或多種納米粒子作為構(gòu)筑基元，通過自組裝得到具有多樣化形貌、尺寸和結(jié)構(gòu)的聚集體結(jié)構(gòu)。超粒子不僅維持了納米粒子構(gòu)筑基元的基本性質(zhì)，同時自組裝過程使得其具有更大的比表面積和孔隙率等特點，在催化、傳遞、光學和傳感領(lǐng)域展現(xiàn)出廣泛的應(yīng)用潛力和顯著優(yōu)勢。在眾多超粒子制備方法中，利用在超疏液表面上呈球形形貌的液滴為限域模板，通過簡單的蒸發(fā)過程即可驅(qū)動內(nèi)部粒子組裝而形成超粒子；為超粒子構(gòu)筑提供了綠色、便捷的構(gòu)筑策略。通過調(diào)控粒子間相互作用、粒子組成和外場等因素可對超粒子形貌及結(jié)構(gòu)進行調(diào)節(jié)，進而制備得到具有甜甜圈形、船形、錐形、桶形、以及雙塔形等不同形貌的超粒子。目前關(guān)于超粒子組裝方面的研究工作大都集中在探究超粒子的形成過程以及對超粒子形貌結(jié)構(gòu)的調(diào)節(jié)等方面，針對超粒子結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性問題的討論相對較少。作為構(gòu)筑基元組裝結(jié)構(gòu)，由于構(gòu)筑基元之間作用力較弱，組裝結(jié)構(gòu)極易發(fā)生破裂，因此，迫切需要探索有效的構(gòu)筑策略來提升超粒子組裝體的穩(wěn)定性，并增強其機械強度，這是當前超粒子研究領(lǐng)域亟待解決的重大挑戰(zhàn)。
近日，大連理工大學化學學院劉文東副教授、陶勝洋教授等在ACS Nano上報道了利用超雙疏表面上液滴蒸發(fā)構(gòu)建水凝膠輔助的機械性能穩(wěn)定超粒子的研究。研究團隊利用在超雙疏表面上蒸發(fā)的球形液滴為限域模板，通過水凝膠與表面帶有親水基團的納米粒子間的相互作用將構(gòu)筑基元融入到水凝膠網(wǎng)絡(luò)當中，制備得到機械性能穩(wěn)定的超粒子（圖1）。水凝膠所富含的羧基和羥基基團可與基元粒子表面基團形成氫鍵，顯著增強了基元納米粒子間的相互作用，較之于納米粒子自行組裝而成的超粒子，水凝膠輔助穩(wěn)定超粒子的機械穩(wěn)定性提升達60倍（圖2）。該構(gòu)筑策略具備很好的普適性，通過改變構(gòu)筑基元和凝膠骨架材料，可構(gòu)筑得到機械性能穩(wěn)定的一元、二元、三元超粒子材料，實現(xiàn)將不同功能在單一超粒子中的有效集成（圖3）。利用該策略制備的載酶超粒子在級聯(lián)反應(yīng)中表現(xiàn)出優(yōu)異的酶促反應(yīng)能力（圖4），進一步拓展了超粒子材料在復雜級聯(lián)反應(yīng)中應(yīng)用，在葡萄糖檢測及生物催化方面具有重要應(yīng)用前景。
圖1.液滴蒸發(fā)介導凝膠輔助穩(wěn)定超粒子的構(gòu)筑
圖2. 超粒子機械穩(wěn)定性調(diào)控
圖3.一元、二元以及三元超粒子材料
圖4.載酶超粒子及級聯(lián)反應(yīng)
通訊作者信息：
陶勝洋 大連理工大學
陶勝洋，大連理工大學化學學院院長，教育部“長江學者獎勵計劃”青年學者，中國化工學會化學工程、微化工技術(shù)、能源化工智能制造等專業(yè)委員會委員、中國化學會膠體與界面化學專業(yè)委員會青委會副主任、遼寧省石油石化學會副理事長、中國化學會《化學通訊》編委。主要從事微流體、連續(xù)化反應(yīng)、智能化學等化學化工與信息技術(shù)交叉的科學研究，在國際知名期刊發(fā)表學術(shù)論文100多篇，主編、參編各類教材與學術(shù)著作七部，主持國家自然科學基金、國家重點領(lǐng)域項目課題等科研項目20余項。
課題組主頁: https://faculty.dlut.edu.cn/taosy/zh_CN/index.htm
劉文東 大連理工大學
劉文東，大連理工大學副教授。先后師從吉林大學楊柏教授，德國馬克斯-普朗克聚合物研究所Hans-Jürgen Butt教授，主要研究方向為界面結(jié)構(gòu)介導的可控粘附與組裝。迄今在ACS Nano，Adv. Mater.，Adv. Funct. Mater., Nano Res.等學術(shù)期刊共發(fā)表論文40余篇，參與撰寫英文專著4章節(jié)，主持各類科研項目4項；同時，受邀為ACS Nano，Adv. Funct. Mater., Adv. Sci., J. Colloid Interface Sci., ACS Appl. Nano Mater., J. Phys. CHem., Adv. Optical Mater., Adv. Mater. Interfaces等期刊審稿。
課題組主頁: https://www.x-mol.com/groups/wendong-liu
原文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.4c15025
