智能微纳结构材料 | 江雷、殷亚东、刘庄、顾忠泽、段宏伟、程文龙等人最新相关研究
以下文章来源于奇物论 ，作者NanoLabs
科学，需要一点好奇心~
由Unyong Jeong和殷亚东教授撰写的本期关于智能响应的微/纳结构材料的特刊（第30卷第2期），重点介绍了新型微结构和纳米结构的发展如何驱动智能材料的快速发展。这些智能材料在精确定义的条件下对各种外部刺激具有多重响应或对某个刺激具有选择性响应，旨在推动智能材料向更高性能水平发展，并应用于实际。其中，生物医学智能材料在第五方面进行了详细说明。
我们先来看下几个封面文章：
首先，介绍本期特刊的封面，特约编辑Unyong Jeong和殷亚东教授从智能材料设计的六个方面介绍了此特刊。回顾了新型微结构和纳米结构的发展如何驱动智能材料的快速发展，并展望了智能材料被开发应用于生物医学、移动电子设备等的实际应用。
封面二（InsideFront Cover）中，Pooi See Lee及其同事讨论了电容性能与纳米结构材料在实现超级电容器高电化学性能方面的关系。以智能的方式丰富超级电容器的功能，最大限度地降低功能电子元件的整体集成尺寸，提高其使用寿命。
封面三（InsideBackCover）中，江雷院士讨论了如何从四个角度调节各种纳米颗粒，包括控制颗粒间的相互作用（非共价键，电磁，静电，范德华力等）、配体工程（配体交换和配体崩塌），时间调控（例如活性物种的寿命）和空间调控（例如活性物种的分布）。最终产品在分析物检测和光催化方面等的应用潜力。
封面四（BackCover）中，Michael J.Serpe及其同事讨论了基于刺激响应聚合物在温度，pH，光和电场等刺激下会发生变形。这些“智能”聚合物在人造肌肉，传感器和生物医学等领域得到了广泛的应用
以下，奇物论编辑部对“智能响应的微/纳结构材料”的五个方面进行整理，供大家学习和交流!其中，生物医学智能材料在第五方面进行了详细说明。其他方面也着重介绍了响应性材料在生物方面的应用。
1. 智能化纳米组装
自然界中的微观结构是由分子和原子的自组装而成的，由此产生的智能性质（物理、化学、光学性质）是由自组装的官能团和形状决定的。因此，了解自然界中的自组装原理对于实现人工智能材料至关重要。
（1）Sang Ouk Kim教授：基于嵌段共聚物自组装的智能纳米材料
依靠嵌段共聚物（BCP）自组装的纳米加工技术已成为下一代智能材料的加工策略，受到越来越多的关注。Sang Ouk Kim及其同事概述了BCP自组装工艺的最新进展以及智能纳米材料研究方向的未来前景。
Jang Hwan Kim. et al. Smart Nanostructured Materialsbased on Self‐Assembly of Block Copolymers. Adv. Funct. Mater. 2020, 30,201902049
DOI: 10.1002/adfm.201902049
https://doi.org/10.1002/adfm.201902049
（2）江雷院士：纳米粒子的时间/空间调控
江雷院士概述了通过共同的相互作用和配体调节纳米颗粒的原理。可以通过四种不同的策略来调节各种纳米颗粒，包括控制颗粒间的相互作用（非共价键，磁性，静电，范德华力等），配体工程（配体交换和配体塌陷），时间调控（例如活性物质的寿命），以及空间调控（例如活性物种的分布）。最终产品在分析物检测，光催化等方面具有潜在的应用。
Ruochen Fang，Mingjie Liu and Lei Jiang. Design of Nanoparticle Systems byControllable Assembly and Temporal/Spatial Regulation. Adv. Funct. Mater. 2020,30, 201903351
DOI: 10.1002/adfm.201903351
https://doi.org/10.1002/adfm.201903351
（3）Luis M. Liz‐Marzán教授：具有超分子识别的等离子体纳米粒子
超分子相互作用在自然界无处不在，这激发了科学家设计具有仿生特性的纳米结构。Luis M. Liz‐Marzán教授回顾了基于纳米颗粒的等离子体光子学的原理和最新进展。他们的研究重点是通过纳米粒子之间的超分子相互作用来控制局部表面等离子体共振（LSPR），这种反应可以对化学光学环境做出反应，预计将进一步用于手性催化，环境监测，疾病诊断和治疗方面的研究。
Jesús Mosquera. et al. Plasmonic Nanoparticles withSupramolecular Recognition. Adv. Funct. Mater. 2020, 30, 201902082
DOI: 10.1002/adfm.201902082
https://doi.org/10.1002/adfm.201902082
（4）程文龙教授：独立二维纳米组件
独立二维纳米组件是由纳米材料构造的超薄纳米膜或纳米片。程文龙教授回顾了由纳米材料（金属纳米颗粒、量子点和磁性纳米颗粒）构成的独立二维（2D）组件的制造方法，突出了独立二维纳米组件的属性，讨论了它们的特性和应用，并分享了他们对未来机遇的看法。
Qianqian Shi and Wenlong Cheng. Free‐Standing 2DNanoassemblies. Adv. Funct. Mater. 2020, 30, 201902301
DOI: 10.1002/adfm.201902301
https://doi.org/10.1002/adfm.201902301
2. 微尺度构建智能材料
自然界中的微观结构是由分子和原子的自组装而成的，由此产生的智能性质（物理、化学、光学性质）是由自组装的官能团和形状决定的。因此，了解自然界中的自组装原理对于实现人工智能材料至关重要。随着具有可调化学、物理和机械性能的有机/无机纳米复合材料研究的不断拓展，纳米复合材料的性能取决于纳米尺度组件的化学和物理特性，也取决于它们的组装结构。为了制造实用的智能器件，需要形成微结构甚至体结构，而这往往很难通过热力学自组装获得。
（1）顾忠泽教授：基于智能制造策略的微结构控制
具有可控结构的微结构需要先进的制备策略。东南大学生物科学与医学工程学院院长顾忠泽教授综述了这些可控微结构体系（CMA）的代表性模型，并着重介绍了自组装和双光子聚合（TPP）自上而下形成微结构的最新进展。他们提出了通过整合自下而上和自顶向下的方法来获得可控微结构结构的方法。重要的是，TPP已显示出作为CMA通用制造方法的巨大潜力。
（2）殷亚东教授：纳米级磁性组装的智能材料
殷亚东教授综述了利用外加磁场控制磁性纳米粒子位置和取向的研究进展。纳米级磁性组件通过操纵纳米粒子（磁性和非磁性）之间的磁性相互作用以及纳米粒子和外部磁场之间的相互作用而实现，是构建智能材料（包括刺激响应性光学纳米结构，形状变形系统和先进材料）的有效平台。他们引入智能材料来控制所合成微结构的光学和机械性能，并提出技术挑战和可能的未来应用。
Zhiwei Li. et al. Smart Materials by NanoscaleMagnetic Assembly. Adv. Funct. Mater. 2020, 30, 201903467
DOI: 10.1002/adfm.201903467
https://doi.org/10.1002/adfm.201903467
（3）Unyong Jeong教授：基于微粒的软电子设备：实现单颗粒/单像素
Unyong Jeong等介绍了微粒（MP）的精确位置配准，功能MP的生产以及基于MP的像素化电子设备的最新进展。还讨论了实现“单粒子/单像素”概念的技术挑战。
Hyejin Hwang and Unyong Jeong.Microparticle‐Based Soft Electronic Devices: Toward One‐Particle/One‐Pixel. Adv.Funct. Mater. 2020, 30, 201901810
DOI: 10.1002/adfm.201901810
https://doi.org/10.1002/adfm.201901810
3. 光响应智能材料
随着纳米材料合成和理化性质理论预测的进展，杂化纳米智能材料得到了广泛的发展。仔细选择纳米粒子和聚合物基质可以提供额外的协同功能。
（1）Ming‐Yong Han教授：刺激-响应性杂化纳米结构
Ming‐Yong Han教授重点介绍了由发光纳米晶体和刺激响应聚合物组成的智能发光混合纳米/微结构的最新发展，突出了发光响应于温度、pH、电场和分析物等外界刺激的可逆变化，并讨论了各种智能应用的细节，包括药物传递、靶向荧光成像、信息编码和光开关等。
Guijian Guan. et al. Stimuli‐Responsive HybridizedNanostructures. Adv. Funct. Mater. 2020, 30,1903439
DOI: 10.1002/adfm. 1903439
https://doi.org/10.1002/adfm.1903439
（2）美国宾夕法尼亚大学ShuYang教授：纳米粒子-聚合物复合材料的响应式智能窗口
Shu Yang教授综述了基于电驱动、热驱动和机械驱动的智能窗开发的最新进展。为了适应不同的环境条件，人们尝试了各种方法来定制窗口的透明度和隔热性能。通过调整窗户的透明度和隔热性能，人们已经开发出各种各样的方法来使窗口变得智能。Shu Yang教授专注于纳米颗粒嵌入聚合物复合材料，可以根据天气条件或个人喜好动态调节可见光的透射和反射。
Hye‐Na Kim and Shu Yang. Responsive Smart Windows fromNanoparticle–Polymer Composites. Adv. Funct. Mater. 2020, 30, 1902597
DOI: 10.1002/adfm.1902597
https://doi.org/10.1002/adfm.1902597
（3）Sergiy Minko教授：预编程的动态微结构聚合物界面
智能材料对物理和机械刺激的响应是通过界面来实现的，因此界面对外界刺激的动态变化对智能材料的性能起着关键作用。Sergiy Minko及其同事研究了预编程动态微结构聚合物界面的最新进展。刺激响应系统通过与微结构界面相互作用，可以改变并调节一些于实际有用的特性，如门控、质量传输、筛分、释放、润湿、粘附和自愈等，为非常规功能分子的设计和合成提供新的机遇。
Igor Tokarev and Sergiy Minko. Preprogrammed Dynamic MicrostructuredPolymer Interfaces. Adv. Funct. Mater. 2020, 30, 201903478
DOI: 10.1002/adfm.201903478
https:// doi.org/10.1002/adfm.201903478
4. 刺激响应软驱动器
自然界中的生物通过驱动饭也对周围环境作出反应。除了动物外，植物也可以通过膨胀或收缩、捕捉、闭合甚至移动来驱动。有许多研究活动是受自然智能启发的。
（1）Michael J. Serpe教授：利用刺激反应性聚合物的力量的驱动器
Michael J. Serpe教授回顾了刺激反应性聚合物驱动器的整体机制。记录了响应于温度，pH，光和电场（及其他）刺激而变形的刺激响应的聚合物驱动器。这些“智能”驱动器在人造肌肉，传感器和生物医学等众多领域中已经得到了广泛应用。
Liang Hu. et al. Harnessing the Power ofStimuli‐Responsive Polymers for Actuation. Adv. Funct. Mater. 2020, 30,201903471
DOI: 10.1002/adfm. 201903471
https://doi.org/10.1002/adfm.201903471
（2）荷兰埃因霍温科技大学Danqing Liu教授：光电联合响应的液晶涂料
Danqing Liu教授展示了他们在智能液晶涂料方面的研究成果，这种涂料对光和电场都有综合响应。光场和电场的相互作用可以液晶表面的变形。
Wei Feng. et al. Combined Light and Electric Responseof Topographic Liquid Crystal Network Surfaces. Adv. Funct. Mater. 2020, 30, 201901681
DOI: 10.1002/adfm.201901681
https://doi.org/10.1002/adfm.201901681
5. 生物医学智能材料
纳米颗粒在疾病的诊断和治疗的方面取得了巨大成功。因此，基于材料本身的研究在此进行梳理。
（1）Sébastien Perrier教授：枝状聚合物用于智能给药
聚合物智能给药系统在疾病的诊断和治疗的方面取得了巨大成功。合成化学的快速发展增加了聚合物纳米粒子进入预定位置的可能性。主要的合成方法是形成支链聚合物结构。Sebastien Perrier和Alexander Cook综述了各种形式的支化聚合物，包括超支化聚合物和树枝状大分子。他们比较了不同的支链聚合物结构及其在智能给药中的应用。
Alexander Cook and Sebastien Perrier. Branched andDendritic Polymer Architectures: Functional Nanomaterials for TherapeuticDelivery. Adv. Funct. Mater. 2020, 30,201901001
DOI: 10.1002/adfm. 201901001
https://doi.org/10.1002/adfm.201901001
（2）María Vallet‐Regí教授：介孔二氧化硅纳米粒子用于智能给药
纳米陶瓷是纳米医学的另一种新材料。其中，介孔二氧化硅纳米粒子由于具有均匀的纳米孔、大的表面积和可容易官能化的高密度硅醇基团而得到了更为广泛的应用。Maria Vallet Regi和Miguel Manzano报告了二氧化硅纳米颗粒的合成和给药应用的最新进展。
Miguel Manzano and Maria Vallet Regi. MesoporousSilica Nanoparticles for Drug Delivery. Adv. Funct. Mater. 2020, 30, 201902634
DOI: 10.1002/adfm.201902634
https://doi.org/10.1002/adfm.201902634
（3）南洋理工大学段宏伟教授：光活性纳米载体
段宏伟教授总结了基于光化学、光热和光敏机制的光活性纳米载体的研究进展。光照作为一种外部刺激，可以根据曝光时间、强度、位置和光波长对有效载荷释放进行精确的时空控制。
Qirong Xion. et al. Photoactive Nanocarriers forControlled Delivery. Adv. Funct. Mater. 2020, 30,201903896
DOI: 10.1002/adfm. 201903896
https://doi.org/10.1002/adfm.201903896
（4）刘庄教授：智能注射水凝胶用于癌症的免疫治疗
最近，可注射智能水凝胶已证明其在局部免疫调节方面的潜力，以增强系统的抗癌免疫反应。刘庄教授总结了用于癌症免疫治疗的各种智能注射水凝胶的最新进展，并讨论了可注射水凝胶在下一代癌症治疗中的未来贡献。
Yu Chao. et al. Smart Injectable Hydrogels for CancerImmunotherapy. Adv. Funct. Mater. 2020, 30, 201902785
DOI: 10.1002/adfm.201902785
https://doi.org/10.1002/adfm.201902785
第六部分关于智能纳米结构能源材料就不此赘述了。
结语：
响应性材料这一新兴研究领域的发展得益于材料科学、化学、物理、电气工程、能源等多学科之间的协作。希望本期特刊能提供有关智能材料的最新进展和最具洞察力的评论。也希望这期特刊能促进更多加工和设备工程的研究，以及智能材料在现实世界中的商业化应用。
参考链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/toc/16163028/2020/30/2