半结晶嵌段共聚物自组装动态演化机制的液相透射电镜实时解析

来自国际团队的研究人员通过液相透射电镜（LPTEM）实时追踪半结晶两亲性嵌段共聚物（BCPs）的自组装过程，揭示了其从球形晶种胶束逐步演化为圆柱、环形及囊泡结构的非平衡态动力学机制。该研究阐明了核心结晶性对组装路径的调控作用，为设计功能化纳米材料提供了新策略。

　　

自然界通过自组装构建复杂功能结构的智慧，为人工材料设计提供了灵感。半结晶两亲性嵌段共聚物（BCPs）在溶液中自发组装成纳米结构时，展现出独特的层级有序性：从单分子（unimer）出发，经球形晶种胶束为前驱体，逐步演化为圆柱状、环形（toroid）胶束及囊泡（vesicle）。与传统非结晶BCPs通过末端能量最小化形成圆柱不同，半结晶BCPs因刚性核区偏好低曲率的核-冠界面，驱动基元胶束（elemental micelles）通过横向耦合形成环形结构——尽管该过程处于非平衡态。

借助液相透射电镜（Liquid-Phase TEM）实时成像技术，研究者捕捉到胶束异常扩散（anomalous diffusion）和长程疏水作用主导的结构演化。图像分割技术克服了水相组装体低对比度的挑战，定量揭示了核心结晶性如何通过调控胶束刚性，决定形态转变路径。特别值得注意的是，二维环形结构和分子紧密排列的片状体（platelet）展现出增强的稳定性，这种特性在光电材料和生物医学载体中具有应用潜力。

研究不仅解析了结晶驱动组装（crystallization-driven assembly）的时空复杂性，更提出了通过分子参数编程（如嵌段比例调控）实现纳米结构精准设计的策略。这些发现为开发具有定向排列、高稳定性的功能纳米材料开辟了新途径，从仿生系统到人工器件均具指导意义。