宏觀超分子組裝(Macroscopic supramolecular assembly, MSA)，是微米至毫米尺度構(gòu)筑基元通過分子間相互作用形成有序結(jié)構(gòu)的過程，是超分子化學(xué)的新興研究方向，可用于水下粘附、自修復(fù)、信息編碼、組織工程支架、增材制造等領(lǐng)域。不同于分子自組裝，宏觀超分子組裝需要額外的能量驅(qū)動構(gòu)筑基元，使其發(fā)生運動、碰撞和組裝。在諸多驅(qū)動方式中，Marangoni效應(yīng)利用表面活性劑產(chǎn)生表面張力梯度，能夠為組裝過程提供合適的驅(qū)動力。然而，常見表面活性劑存在快速界面聚集導(dǎo)致Marangoni運動失效的問題，通常依賴揮發(fā)性物質(zhì)或添加劑等手段去除多余的界面表面活性劑分子，以維持表面張力梯度。
近日，北京化工大學(xué)的石峰教授和成夢嬌教授設(shè)計了一種新的超兩親分子表面活性劑，作為長效Marangoni效應(yīng)的“燃料”，利用其表面活性以及快速水解的能力，解決了傳統(tǒng)表面活性劑界面飽和和Marangoni運動失效的問題，實現(xiàn)了高效的宏觀超分子自組裝。
所合成的超兩親分子為sodium-4-(benzylideneamino) benzenesulfonate (SBBS)，通過可逆共價鍵-亞胺鍵連接親疏水基團。SBBS分子具有表面活性，在空氣/水界面釋放后，能夠快速產(chǎn)生表面張力梯度，實現(xiàn)Marangoni驅(qū)動。同時，它可以在水中快速分解，避免界面聚集，將運動時長提高一個數(shù)量級以上。因而，SBBS可以作為一種理想的長效Marangoni“燃料”，為構(gòu)筑基元提供持續(xù)驅(qū)動力，實現(xiàn)高效宏觀自組裝。 與現(xiàn)有策略相比，SBBS具有條件溫和、無需添加劑等優(yōu)點。此外，SBBS的界面擴散和分解具有pH值響應(yīng)性，在酸性條件下能夠快速達(dá)到界面吸附/分解平衡，從而提高構(gòu)筑基元運動速率，促進(jìn)高效組裝。與中性條件相比，酸性條件下的宏觀自組裝耗時縮短24%。 該工作所發(fā)展的可快速水解超兩親分子“燃料”，解決了Marangoni自驅(qū)動的長效運動難題，能夠為宏觀構(gòu)筑基元的自組裝提供持續(xù)動力，也為基于化學(xué)動力的微機器人、微型器件的供能提供了思路。 論文信息 A Hydrolysable Supra-amphiphile as a Marangoni Self-Propulsion Fuel for Efficient Macroscopic Supramolecular Self-Assembly Guoxin Lu, Guiqiang Zhu, Dr. Qian Zhang, Pan Tian, Prof. Mengjiao Cheng, Prof. Feng Shi 文章的第一作者是北京化工大學(xué)的博士生盧國新。 Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202117504
