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  蠕蟲狀納米粒子在細(xì)胞捕捉、干細(xì)胞存儲、高效皮克林乳化劑、氣凝膠等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。嵌段共聚物溶液自組裝是一種制備蠕蟲狀納米粒子的有效方法。但是，在大多數(shù)嵌段共聚物體系中，蠕蟲狀納米粒子的相空間較窄，難以被撲捉且形貌均一性較差，給實際應(yīng)用帶來了極大的不便。此外，賦予蠕蟲狀納米粒子特定的智能響應(yīng)性（如光響應(yīng)）可以豐富其應(yīng)用，為智能材料、智能器件、智能系統(tǒng)的設(shè)計與制備帶來新的思路。目前，大規(guī)模可控地制備形貌均一的具有可逆光響應(yīng)特性的蠕蟲狀納米粒子存在較大的挑戰(zhàn)。

  北京航空航天大學(xué)陳愛華課題組在嵌段共聚物體系中引入偶氮苯基元，通過聚合誘導(dǎo)多級自組裝的方法得到了長方體、短帶狀、片層、橢囊泡等系列各向異性形貌粒子。（ACS Macro Lett. 2018, 7, 358-363）最近，該課題組在此基礎(chǔ)上，除去連接主鏈的柔性基團(tuán)，進(jìn)一步增大剛性疏水段的空間位阻作用，設(shè)計了PMAA-b-PMA(0C)Az 嵌段共聚物分子(如圖1)。通過RAFT聚合誘導(dǎo)自組裝的方法在高濃度（5-25% w/w）的條件下制備了形貌均一的蠕蟲狀納米粒子。（ACS Macro Lett. 2019, 8, 460-465）由于剛性偶氮苯基元的引入，使得蠕蟲狀納米粒子的相空間較寬（如圖2），有效地解決了傳統(tǒng)嵌段共聚物體系中蠕蟲狀粒子相空間較窄的問題。

圖1 嵌段共聚物結(jié)構(gòu)及光觸發(fā)可逆“瘦身”示意圖

圖2不同嵌段組成和固含量的蠕蟲狀粒子形貌圖及相圖

  有趣的是，蠕蟲狀納米粒子中的偶氮苯基團(tuán)具有光致可逆順反異構(gòu)的特性。當(dāng)粒子被紫外光照射時，體積膨脹、直徑變粗；可見光照射時，體積收縮、直徑回復(fù)；五個可逆的紫外-可見光照循環(huán)過程中，粒子均保持較好的可逆變形特性。（如圖3）這種光觸發(fā)的可逆“瘦身”行為可以為智能材料、智能器件、智能系統(tǒng)的設(shè)計與制備帶來新的思路。

圖3 蠕蟲狀納米粒子形貌（a）初始態(tài)，（b）紫外光照1 min，（c）可見光照6 min

  該工作在高效制備光控可逆“瘦身”的蠕蟲狀納米粒子的基礎(chǔ)上，構(gòu)筑了光控智能納濾開關(guān)。（如圖4）當(dāng)納濾開關(guān)被紫外光照射時，水通量下降、羅丹明B染料截留率升高；被可見光照射時，水通量升高、羅丹明B染料截留率降低；五個可逆的紫外-可見光照循環(huán)過程中，納濾開關(guān)均保持較好的可逆特性。這種光控“快/慢”狀態(tài)調(diào)節(jié)的智能納濾開關(guān)在智能污水處理等領(lǐng)域具有較大的應(yīng)用潛力。

圖4 光控智能納濾開關(guān)示意圖

  這一成果以題為“Light-Triggered Reversible Slimming of Azobenzene-Containing Wormlike Nanoparticles Synthesized by Polymerization-Induced Self-Assembly for Nanofiltration Switches”的文章發(fā)表在美國化學(xué)會期刊《ACS Macro Letters》上，文章第一作者為北航材料學(xué)院博士研究生關(guān)松，通訊作者為陳愛華副教授。這是該課題組在光觸控可逆自吞噬納米粒子之后的又一可逆形變成果（ACS Macro Lett. 2018, 7, 1475-1479），該研究為大規(guī)模可控地合成形貌均一的光響應(yīng)蠕蟲狀納米粒子提供了一種新的策略，并展示了該粒子的光觸發(fā)可逆“瘦身”行為及其在智能污水處理領(lǐng)域應(yīng)用的可能性。

  文章鏈接：https://pubs.acs.org.ccindex.cn/doi/10.1021/acsmacrolett.9b00146