微相分離是超分子化學、高分子材料、納米科學和生物學等領域中一種常見而迷人的現象。微相分離結構對于建立和維持微/納米結構系統的功能至關重要，并決定例如細胞行為、微環境穩定性、納米材料和納米機器的操作模式等等。除了預設的化學體系和功能外，在實際應用中，實時和動態功能還需要對微相分離結構和相變進行原位控制。然而，目前的常用方法對于微相分離結構的相變調控非常有限，因為使用現有的動力學方法來連續改變相平衡是極具挑戰性的。
從多組分相圖（無論是微觀相圖還是宏觀相圖）的一般定義來看，相分數的變化（通常定義為X軸）更適用于相平衡的變化。然而，開發能夠在原位控制相分數的簡單動力學步驟仍然是一個巨大的挑戰，因為必須找到一種方法來可控地改變至少兩個平衡相之間的質量或體積。傳統方法通常涉及這些系統的溫度、壓力、環境氣氛或結構參數的變化，這些參數通常被定義為多組分相圖的Y軸。與相分數的調控相比，對相平衡的調控程度和能力相對低下。因而對于一個具有特定化學成分的自組裝體系，實現較寬范圍連續多相區轉變仍然是個難題，這限制了分子自組裝技術的實時和動態功能的發揮。
近日，上海理工大學的青年教師岳兵兵和復旦大學的朱亮亮教授合作，提出了一種遠離平衡的動力學策略，通過原位相體積率的光控能力，以精確實現跨相圖的微相分離結構原位操控。研究者們設計了一種超分子嵌段共聚物作為微相可分離的模型，它涉及一種非共價鍵合的構象可變分子（多硫芳烴），其基態和激發態之間具有明顯的構象差異。相對于基態構象，激發態構象可以在輻照時驅動分子的自組裝，其程度與輻照時間有關。這導致了連續的相演化，并成為原位相體積率變化的前提。在此基礎上，多硫芳烴的激發態構象變化進一步驅動用于調節微相分離自組裝的聚合物鏈段，導致一個相區擴展，另一個相區壓縮。通過優化，在不同的輻照周期下，實現了微相分離結構在相圖上的漸進轉換，從層狀相到雙連續相，再到圓柱相，最后到球相。
由于動力學俘獲效應，這些光照后演變的結構都是穩定的，但可以通過溶劑蒸氣退火來重置。此外，整個相圖中微相分離結構的漸進控制使得連續調節材料親水性/疏水性成為可能，伴隨光照射的獨特時空分辨率使得這種調控具有區域選擇性。同時，多硫芳烴的聚集誘導磷光（AIP）特性變化可用于可視化控制過程，顯示出構建獨特功能表面的能力。
論文信息：
Photoexcitation-based Supramolecular Access to Full-scale Phase-diagram Structures through in situ Phase-volume Ratio Phototuning
Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202209777
全文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202209777
- 暫無相關新聞
