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为解决结晶驱动自组装（CDSA）过程难以精确控制、现有监测方法存在局限性的问题，研究人员开展了利用干涉散射（iSCAT）显微镜实时监测 CDSA 过程的研究。结果表明 iSCAT 能有效获取相关信息，这对优化 CDSA 制备纳米材料具有重要意义。
在纳米技术蓬勃发展的当下，精准制备形态均一的纳米材料成为众多领域的关键需求。结晶驱动自组装（CDSA）作为一种强大的自下而上构建聚合物微观结构的方法，可制备出具有复杂层级结构的纳米材料，在药物递送、催化、光电子等领域有着广泛应用。然而，目前对 CDSA 过程的精确控制仍面临挑战，现有监测方法存在诸多不足。传统的监测方法，如光散射技术只能获取群体平均信息，无法反映单个纳米颗粒生长的异质性；透射电子显微镜（TEM）虽能观察单个聚合物聚集体的尺寸演变，但只能提供生长过程中的静态快照，难以追踪单个纳米颗粒的动态变化；溶液相原子力显微镜（AFM）存在针尖诱导纳米纤维断裂的问题，影响动力学研究；荧光显微镜虽能实现一定的时间分辨率，但需要外源性标记，可能干扰 CDSA 动力学，且空间分辨率有限。因此，开发一种能在单颗粒水平上实时、原位、非侵入性监测 CDSA 过程的方法迫在眉睫。
为攻克这些难题，来自英国伦敦国王学院和伯明翰大学的研究人员展开了深入研究，相关成果发表于《Nature Communications》。
研究人员运用干涉散射（iSCAT）显微镜技术，对基于聚（ε- 己内酯）（PCL）的纤维和血小板的实时生长过程进行监测。iSCAT 是一种无标记技术，具有单分子分辨率，能在高时空分辨率下对单个纳米颗粒进行成像。
在实验过程中，研究人员首先制备了均匀的种子，这些种子由聚（ε- 己内酯）-b - 聚（N，N - 二甲基丙烯酰胺）（PCL-b-PDMA）的多分散纤维超声处理得到。随后，通过自旋涂覆将种子固定在盖玻片上，构建反应腔，准备进行成像。在 1D 纤维生长实验中，研究人员将 PCL
73-b-PDMA
204单体添加到反应腔中，利用 iSCAT 显微镜实时监测纤维的生长过程。在 2D 血小板生长实验中，研究人员将 PCL
45:PCL
45-b-PDMA
348单体混合物添加到种子修饰的表面，同样使用 iSCAT 显微镜进行监测。
研究结果如下：
- 实时监测 CDSA 过程：通过 iSCAT 显微镜，研究人员成功实现了对 1D 纤维和 2D 血小板生长的实时监测。在 1D 纤维生长过程中，观察到添加单体后纤维均匀伸长，并通过拟合长度与时间的轨迹，提取出速率常数，发现 PCL 基体系的动力学比之前研究的基于聚（二茂铁二甲基硅烷）-b - 聚二甲基硅氧烷（PFS63-b-PDMS513）的 1D 纤维更快。在 2D 血小板生长过程中，六边形血小板在表面均匀生长，通过分析血小板面积的时间演变，获得了单个血小板的生长动力学。在早期生长阶段，虽然血小板尺寸低于衍射极限，但可通过粒子对比度的演变来反映生长情况。此外，iSCAT 成像还能在更高时间分辨率下监测血小板生长。
- 比较表征方法：研究人员将 iSCAT 成像与 AFM、TEM、CLSM 等传统方法进行比较，发现从这些方法中提取的血小板形态和面积信息具有可比性。但在该研究的反应条件下，血小板形成迅速，传统方法的时间分辨率难以满足需求。
- 血小板生长动力学：研究人员通过实验和模型拟合，研究了血小板生长动力学与单体浓度、种子浓度和溶剂条件的关系。结果表明，较高的初始单体浓度导致更快的血小板生长和更大的最终表面积；较高的种子浓度产生较小的最终尺寸血小板；添加四氢呋喃（THF）会抑制血小板生长速率，但在一定范围内，最终血小板面积不受影响，不过在高 THF 浓度下，最终尺寸会增加。此外，研究还发现单体和种子浓度对血小板形状影响较小，而 THF 含量的变化会显著影响血小板形状。
- 通过边缘定向血小板生长实现顺序组成控制：利用 iSCAT 对物体厚度和折射率变化的高敏感性，研究人员制备了多环血小板。通过交替添加不同的单体混合物，观察到不同组成的环具有不同的 iSCAT 对比度，且生长动力学也有所不同。这表明 iSCAT 不仅能提供尺寸和形态信息，还能探测单个血小板的纳米级表面信息。
研究结论与讨论部分指出，iSCAT 显微镜作为一种无标记工具，能够原位提供 CDSA 聚集体的形态和尺寸信息，对 CDSA 过程的早期生长和生长动力学的高分辨率成像提供了详细见解。该方法量化了 CDSA 动力学与单体浓度、种子浓度和选择性溶解度的关系，为理解 CDSA 过程提供了重要依据。然而，iSCAT 也存在一定局限性，如视野有限、需要参考光场、难以完全分离厚度和折射率的影响等。尽管如此，iSCAT 仍具有巨大潜力，未来通过开发解耦厚度和折射率效应的方法，有望进一步增强其定量能力，拓展应用范围，为基于 CDSA 的纳米颗粒工程提供更有力的支持。
