【纳米】具有自愈功能的金属纳米颗粒超构分子学术资讯

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自修复是生物体中最重要的特性之一，可以发生在单个分子的尺度（例如DNA的修复）或者宏观尺度（骨骼的愈合）。但是，多数人工结构通常不具备自修复功能。材料的自修复可分为外在自修复和内在自修复。比如，研究人员在金属、陶瓷或者聚合物中掺入微量的愈合剂来修复由外界（机械）损伤对材料产生的破环。相比之下，内在的自我修复不需要额外的愈合剂，但取决于材料类别和愈合机制。在自然界中存在许多基于分子原子尺度上的自组装导致的内在自愈现象。例如，磷脂膜可以在机械损伤后自愈，这种自愈的驱动力来源于分子（原子）的排列总是朝着最小化总能量的方向进行。那么，有无可能构建具有自愈功能的胶体粒子自组装结构呢？为了实现可以从外界损伤中自我修复的纳米粒子系统，该系统必须要具有最低的能量表面，同时该结构必须具备高度的稳定性。然而，这些条件通常难以满足。

近日，美国克拉克森大学严资杰教授团队发现金属纳米颗粒组成的一维超构分子中奇特的自修复特性。在线性偏振光的诱导下，由于强烈的颗粒间相互作用，金属纳米颗粒可以在垂直光偏振方向上自组装成多种链状结构（即异构体），引入外界扰动时会变形甚至分解（即通过调节光的偏振态或通过引入另一束具有不同波长的激光）。去除扰动时，金属纳米颗粒总是趋于形成更稳定的二聚体链。他们发现某些二聚体链状超构分子可以迅速恢复到原来的状态（构型和扰动之前相同）。结果表明，这些超构分子结构中的颗粒二聚体可以显着提高整体结构的稳定性，当某种异构体具备最低自由能时（系统中的二聚体数目达到最大），可以观察到这种自组装结构中的自愈现象。

图1. 金属纳米颗粒组成的一维超构分子中的自修复；在线偏振光作用下金属纳米颗粒组装成一维链状结构；加入扰动之后（偏振状态改为圆偏振光），链状结构被破坏；当扰动去掉后（偏振状态重新变为线偏振态），图1b中的超构分子结构展现出自我修复特性。

图2. 一维金属纳米颗粒超构分子；星型表示具有自愈性质的结构

相关结果发表在Angewandte Chemie International Edition 上，该工作的第一作者为克拉克森大学化学与生物分子工程系的博士后南凡。

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