Angew. Chem.：超分子手性和机械性可调的自分类双网络水凝胶

自然界中的自组装是一种在微观或宏观上有序构筑的现象。其中，自分类组装在生命系统中大量存在，许多生物体系依靠自分类原理在混合物中同时有序组装成多种不同功能的单体，进而合成功能性的复杂生物结构。受自然界中自分类组装的启发，科学家们开发出了多种合成策略，通过精确控制分子或纳米粒子来构建自分类组装系统，并期望其在智能纳米材料和生物仿生模拟等领域发挥重要的应用。自分类组装类似于乐高积木，不同形状的积木配件代表不同结构或功能的分子，通过积木配件（分子）的合理搭配与有序组装，构筑成各种各样的积木建筑（不同结构和功能的纳米结构或材料）。

手性与生命现象密切相关，也显著影响物质的性能，手性科学的发展对人类社会的进步做出了巨大贡献。手性体系中的自分类组装主要是通过不同手性的积木分子来实现的。这是因为分子手性在积木分子的螺旋排列与组装过程中发挥着至关重要的作用。通常，两个结构类似且手性相同的分子很难在溶液相中进行自分类和识别。因此，通过非手性基团的微小差异来实现这类分子混合物的自分类组装与识别是一个可行的研究策略。

近日，南洋理工大学的赵彦利教授（点击查看介绍）团队通过分子积木的合理设计与搭配，成功构筑了具有超分子手性和机械性可调的自分类双网络水凝胶（图1）。

图1. a,b) 结构类似且手性相同的积木分子(LPF和LPFEG)以及它们的自分类组装示意图。

基于前期对手性自组装作用机制的深入理解，作者设计了两个结构类似且手性相同的积木分子（LPF和LPFEG）。利用积木分子在自组装过程中位阻效应和氢键作用的微小差异，它们可以各自独立组装成相反的螺旋纳米结构，展示出很高的自分类组装能力，从而可以轻易通过纳米结构的手性来识别积木分子的来源。由这两类积木分子组装形成的双网络水凝胶，在流变学实验中显示出比同浓度单组份凝胶更优异的力学性能。更有趣的是，通过加入适量的NaOH溶液蚀刻去除其中的LPF纳米纤维后，水凝胶的稳定性没有被明显的破坏（图2）。这一自分类的手性组装系统对于更好地理解螺旋系统的形成机制提供了重要的实验依据，同时也有助于开发新型智能纳米体系和仿生材料。

图2. 双组分水凝胶SEM图：a) 1LPF+9LPFEG, b) 9LPF+1LPFEG, (c) 5LPF+5LPFEG, (e) 加入0.8 mL NaOH溶液后的5LPF+5LPFEG。d) LPF和5LPF+5LPFEG水凝胶加入NaOH溶液前后的图片。

相关结果发表在Angewandte Chemie International Edition 上，文章的第一作者是南洋理工大学的博士后刘国锋。

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）：

Self-Sorting Double-Network Hydrogels with Tunable Supramolecular Handedness and Mechanical Property

Guofeng Liu, Cheng Zhou, Wei Liang Teo, Cheng Qian, Yanli Zhao

Angew. Chem. Int. Ed., 2019, DOI: 10.1002/anie.201904884

导师介绍

赵彦利

https://www.x-mol.com/university/faculty/4465

课题组主页

http://www.ntu.edu.sg/home/zhaoyanli/

（本稿件来自Wiley）