Nature：纳米颗粒最新研究||通过高分子配体组装实现纳米颗粒表面图案化

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引语：

胶体颗粒可以通过化学方法或者是采用对表面局域进行补丁式修饰实现表面图案化处理，这类研究一直受到了广大研究人员工作者的关注。表面图案化处理的纳米颗粒可以作为一类由原子或者分子形成的胶体类似物，也可以作为液态体系内的相转变模型进行研究，以及作为胶体表面活性剂使用，同时还可以作为复合颗粒合成制备过程中的模板使用。对于微米级和亚微米级尺寸的补丁式胶体颗粒的表面图案化处理是十分高效可行的，但是对于无机胶体纳米颗粒（其尺寸只有几十个数量级的纳米）的表面图案化处理并不常见。纳米颗粒表现出形貌以及尺寸依赖的光学、电学以及磁学性质，并且自组装过程能表现出颗粒的协同性质。目前纳米颗粒的表面图案化的处理只限制在双斑点纳米颗粒（two-patch nanoparticles）以及具有表面波纹状和覆盆子式纳米颗粒一类表面形貌的实现。

成果简介：

日前，来自加拿大多伦多大学的Eugenia Kumacheva（通讯作者）教授研究组提出利用热力学驱动高分子配体的分离，由均匀的高分子刷转变成固定在纳米颗粒表面上的胶团，从而实现纳米颗粒表面的图案化，并且该过程会受到溶液质量的影响。

斑点式修饰纳米颗粒表面图案是一个可逆过程，但是可以通过光交叉连接过程实现永久修饰。该方法可以提供一种新的修饰表面图案可控思路，并且该纳米颗粒表面图案分布和单位纳米颗粒斑点式图案数量与理论计算模型一致。该方案的多样性体现在可以实现纳米颗粒表面图案的多维度、形状多样性和组成多样性。同时可以采用不同种类型的高分子连接实现表面图案化。

图文导读：

图1. 高分子在纳米颗粒表面上分离过程图解。

a. 溶液辅助法实现表面胶团（图案化）的合成机理图。

b.c. 通过高分子表面修饰的金纳米球体的透射电镜（TEM）照片。

d. 通过表面高分子修饰的直径为60 nm的金纳米球体电子断层扫描重构图。

e. 金纳米球体表面图案化处理后的TEM照片。

图2. 在金纳米球体表面高分子层内发生的结构转变。

a. 纳米球体尺寸高分子维度对于补丁式图案形成的的作用效果；

b. 具有不同补丁式图案数量的纳米球体分布图；

c. 纳米球体不同状态的实验图解：蓝色线来区分壳核结构的纳米球体和具有补丁式修饰图案化的纳米球体；

d. 理论计算的不同状态的纳米球体图解示意图。

图3. 表面高分子修饰图案化的金纳米球体的TEM照片。

a. 表面覆盖一层聚苯乙烯（PS）-50K的金纳米球体的TEM照片;

b. 哑铃形的金纳米柱TEM照片;

c. 纳米立方体形的银TEM照片;

d. 三角柱形银TEM照片;

e. 聚乙烯基吡啶修饰的纳米金的TEM照片；

f.巯基终止的聚乙烯基咔唑修饰的纳米金表面的TEM照片。

图4. 表面图案化的纳米颗粒自组装过程。

a．单个补丁式修饰表面图案化的纳米颗粒形成的二聚物的透射电镜（TEM）照片；

b. 由三个单个补丁式修饰表面图案化的纳米颗粒形成的三聚物自组装形成的链式结构（TEM照片）；

c. 聚苯乙烯（PS）-50K修饰功能化纳米立方银的自组装结构（TEM照片）；

d. 在不含硫醇的PS液滴上自组装形成的金纳米球体（TEM照片）。

文献链接：Surface patterning of nanoparticles with polymer patches  （Nature, 2016, doi:10.1038/nature19089）