胶体纳米粒子的多相分离问题研究

在自然界，许多事物都会因为相似的性质而聚集在一起。例如，具有相似需求的动物、植物以及微生物会在一定地区聚集在一起形成特定的生态系统，相互依赖和影响。正如大自然中相类相聚的现象一样，在人类社会，人们也会因为共同的兴趣、价值观、文化背景等因素而聚集在一起建立联系，形成紧密的社交网络。古代东西方的哲学家都对此现象有着有趣而形象的描述如：“物以类聚，人以群分”——《战国策•齐策》；“君子群而不党，小人党而不群” ——《论语•卫灵公》；“Birds of a feather flock together”等。总体而言，这些朴素的哲学思想表达了自然界和人类社会中的一种普遍趋势，即“相似性”和“差异性”分别对于“聚集”与“分离”产生影响，从而导致“相分离”过程（图1）。

图1. “相似性”与“差异性”诱导产生“相分离”。

相分离是一种普遍存在于自然界中的相转变过程：即均质混合物中的各组分在活性、粘弹性、温度等因素驱动下，自发地将系统分离成两个不同的区域。常见的高分子共混物、高分子溶液与胶体纳米粒子悬浮液都会发生相分离现象，因此深入理解相分离过程涉及到如何从无序系统中勾勒出有序多尺度自组装机理。有鉴于此，东南大学褚光教授（点击查看介绍）等人通过利用刚性纤维素纳米晶（Cellulose Nanocrystal）粒子与柔性葡聚糖（Dextran）-聚乙二醇（Polyethylene glycol，PEG）二元聚合物作为模型单元，在全水相体系中构建了一系列异质多相分离系统，分别包含聚合物溶液的液-液相分离（liquid-liquid phase separation，LLPS）与纤维素纳米晶粒子的液晶相分离（liquid crystal phase separation，LCPS）过程。在上述多组分聚合物-纤维素纳米晶混合物中，作者通过调节LLPS与LCPS过程中热力学与动力学之间的权衡来控制混合物的相分离行为，使纤维素纳米晶在分隔的水性聚合物相内或界面之间表现出手性自组装效应。此外，他们利用纤维素纳米晶-Dextran-PEG三元体系进一步构建了“温度-浓度双响应”多相分离系统，获得了LLPS-LCPS耦合相转变过程，即在高温下该混合物是均匀且稳定的，但冷却至室温时发生相分离，展现了溶致性胆甾液晶基质中的热致性相行为（图2）。

图2. 纤维素纳米晶-Dextran-PEG“温度-浓度双响应”多相分离系统的构建。

相关工作近期发表于国际知名杂志Nature Communications 上，文章的第一作者为芬兰Aalto University的博士研究生陶含。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Thermodynamically controlled multiphase separation of heterogeneous liquid crystal colloids

Han Tao, Carlo Rigoni, Hailong Li, Antti Koistinen, Jaakko V. I. Timonen, Jiancheng Zhou, Eero Kontturi, Orlando J. Rojas & Guang Chu 

Nat. Commun., 2023, 14, 5277, DOI: 10.1038/s41467-023-41054-7

褚光博士简介

褚光，东南大学化学化工学院副教授。2011年于上海交通大学取得学士学位，2016年于吉林大学取得博士学位，随后至以色列理工学院（2016.09-2019.09）与Aalto University（2019.09-2023.03）进行研究工作，2023年4月起就职于东南大学。研究领域面向仿生光学材料、特种纸、生物质液晶材料以及活性液晶材料等。在相关领域发表SCI论文30余篇，其中第一/通讯作者19篇，包括Nature Communications、Matter、Angewandte Chemie、ACS Nano、Chemistry of Materials、Materials Horizons、Journal of Physical Chemistry Letters等，在本学科领域具有广泛的学术影响力和国际声誉。相关研究成果曾被C&EN、Scientific American、Phys.org等网站进行专题报道。

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