她，JACS副主编，最新Nature Synthesis！
米测MeLab
2025-03-18
研究背景
结晶驱动自组装（CDSA）是一种获取高度定义纳米结构的便捷方法。然而，由于种子制备过程耗时且受限于小批量生产，CDSA制备纳米结构的过程往往受到长时间处理和低通量的制约。这进一步限制了CDSA的规模化应用以及所得粒子的实际应用潜力。为了解决这些问题，JACS副主编、伯明翰大学副校长Rachel K. O’Reilly教授和Andrew P. Dove教授合作在“Nature Synthesis”期刊上发表了题为“Direct preparation of two-dimensional platelets from polymers enabled by accelerated seed formation”的最新论文。在本研究中，他们报道了一种快速晶体制备方法，通过在流动系统中使聚合物溶液过饱和，驱动均匀种子胶束的形成。该方法大幅缩短了处理时间，从一周减少至几分钟。更重要的是，所采用的模块化流动级联系统能够集成种子制备与可控CDSA，实现从聚合物到纳米结构的端到端生产，仅需3分钟。该方法的产率达到132 mg h⁻¹，较其他已报道方法提升了数个数量级，推动了高精度纳米材料的规模化制备迈出重要一步。
研究亮点
（1）实验首次通过流动系统实现了种子的快速制备，得到了均匀的种子胶束。通过将聚合物溶液过饱和，利用流动反应器控制温度，从而显著缩短了种子形成时间，从一周缩短至几分钟。（2）实验通过闪速冷冻策略和集成流动级联系统，成功实现了种子制备和可控CDSA的端到端生产。该方法不仅提高了种子制备效率，还大幅提高了纳米结构的生产通量，达到了132 mg h⁻¹，超越了传统方法的数个数量级。（3）实验通过该方法实现了精确的尺寸控制和高度均匀的1D和2D纳米结构的制备，解决了传统CDSA过程中尺寸分布大、处理时间长的问题。该方法具有良好的规模化潜力，为精密纳米材料的合成提供了新的技术路径。（4）实验展示了该方法在可生物降解材料（如PCL基聚合物）中的应用，能够在短时间内实现高效且均匀的纳米粒子合成。通过调节单体数量和组成，能够精确控制自组装纳米结构的尺寸和形貌，推动了该技术在多个应用领域的进一步发展。
图文解读
图2：仅使用二嵌段聚合物在流中制备的快速冷冻的种子
结论展望
本研究通过在流动级联系统中集成种子形成与可控生长，推进了聚合物纳米颗粒的CDSA制备技术。该集成方法将处理时间从一周缩短至3分钟，并将合成通量提高到132 mg h⁻¹，超越了其他方法几个数量级。使用闪速冷冻技术进行种子制备，有效缩短了批量处理时间，并可能为其他CDSA系统带来效率提升。通过优化实验参数和采用模块化反应器设计，本研究无缝结合了CDSA与流动合成，实现了均匀各向异性聚合物纳米颗粒的快速、可控生产。总体而言，这一进展为可编程材料设计提供了新机遇，能够精确控制纳米结构的性质，并标志着高通量聚合物纳米材料合成领域的一个重要进步。 Xiao, L., Xia, T., Zhang, J. et al. Direct preparation of two-dimensional platelets from polymers enabled by accelerated seed formation. Nat. Synth (2025). https://doi.org/10.1038/s44160-025-00767-x
