超粒子（Supraparticle）是指以一種或多種納米粒子作為構筑基元，通過自組裝得到具有多樣化形貌、尺寸和結構的聚集體結構。超粒子不僅維持了納米粒子構筑基元的基本性質，同時自組裝過程使得其具有更大的比表面積和孔隙率等特點，在催化、傳遞、光學和傳感領域展現出廣泛的應用潛力和顯著優勢。在眾多超粒子制備方法中，利用在超疏液表面上呈球形形貌的液滴為限域模板，通過簡單的蒸發過程即可驅動內部粒子組裝而形成超粒子；為超粒子構筑提供了綠色、便捷的構筑策略。通過調控粒子間相互作用、粒子組成和外場等因素可對超粒子形貌及結構進行調節，進而制備得到具有甜甜圈形、船形、錐形、桶形、以及雙塔形等不同形貌的超粒子。目前關于超粒子組裝方面的研究工作大都集中在探究超粒子的形成過程以及對超粒子形貌結構的調節等方面，針對超粒子結構穩定性問題的討論相對較少。作為構筑基元組裝結構，由于構筑基元之間作用力較弱，組裝結構極易發生破裂，因此，迫切需要探索有效的構筑策略來提升超粒子組裝體的穩定性，并增強其機械強度，這是當前超粒子研究領域亟待解決的重大挑戰。
近日，大連理工大學化學學院劉文東副教授、陶勝洋教授等在ACS Nano上報道了利用超雙疏表面上液滴蒸發構建水凝膠輔助的機械性能穩定超粒子的研究。研究團隊利用在超雙疏表面上蒸發的球形液滴為限域模板，通過水凝膠與表面帶有親水基團的納米粒子間的相互作用將構筑基元融入到水凝膠網絡當中，制備得到機械性能穩定的超粒子（圖1）。水凝膠所富含的羧基和羥基基團可與基元粒子表面基團形成氫鍵，顯著增強了基元納米粒子間的相互作用，較之于納米粒子自行組裝而成的超粒子，水凝膠輔助穩定超粒子的機械穩定性提升達60倍（圖2）。該構筑策略具備很好的普適性，通過改變構筑基元和凝膠骨架材料，可構筑得到機械性能穩定的一元、二元、三元超粒子材料，實現將不同功能在單一超粒子中的有效集成（圖3）。利用該策略制備的載酶超粒子在級聯反應中表現出優異的酶促反應能力（圖4），進一步拓展了超粒子材料在復雜級聯反應中應用，在葡萄糖檢測及生物催化方面具有重要應用前景。
圖1.液滴蒸發介導凝膠輔助穩定超粒子的構筑
圖2. 超粒子機械穩定性調控
圖3.一元、二元以及三元超粒子材料
圖4.載酶超粒子及級聯反應
通訊作者信息：
陶勝洋 大連理工大學
陶勝洋，大連理工大學化學學院院長，教育部“長江學者獎勵計劃”青年學者，中國化工學會化學工程、微化工技術、能源化工智能制造等專業委員會委員、中國化學會膠體與界面化學專業委員會青委會副主任、遼寧省石油石化學會副理事長、中國化學會《化學通訊》編委。主要從事微流體、連續化反應、智能化學等化學化工與信息技術交叉的科學研究，在國際知名期刊發表學術論文100多篇，主編、參編各類教材與學術著作七部，主持國家自然科學基金、國家重點領域項目課題等科研項目20余項。
課題組主頁: https://faculty.dlut.edu.cn/taosy/zh_CN/index.htm
劉文東 大連理工大學
劉文東，大連理工大學副教授。先后師從吉林大學楊柏教授，德國馬克斯-普朗克聚合物研究所Hans-Jürgen Butt教授，主要研究方向為界面結構介導的可控粘附與組裝。迄今在ACS Nano，Adv. Mater.，Adv. Funct. Mater., Nano Res.等學術期刊共發表論文40余篇，參與撰寫英文專著4章節，主持各類科研項目4項；同時，受邀為ACS Nano，Adv. Funct. Mater., Adv. Sci., J. Colloid Interface Sci., ACS Appl. Nano Mater., J. Phys. CHem., Adv. Optical Mater., Adv. Mater. Interfaces等期刊審稿。
課題組主頁: https://www.x-mol.com/groups/wendong-liu
原文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.4c15025
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