辽宁石油化工大学新能源与新材料学院崔杰、韩媛媛老师团队在环状共聚物三维软受限自组装模拟研究方面取得新进展。研究采用Monte Carlo模拟，揭示环状ABC三嵌段共聚物在三维软受限条件下的自组装规律，实现内部纳米结构可控的扁球形纳米颗粒的构筑。相关成果以《Structure Control of Oblate Nanoparticles Self‑Assembled by ABC Cyclic Terpolymers under Soft Confinement》为题发表于国际期刊《Langmuir》。辽宁石油化工大学为第一署名单位，徐广海为论文第一作者，崔杰、韩媛媛为通讯作者。
具有规整整体形貌与有序内部纳米结构的胶体聚合物颗粒，在催化、光子晶体、生物医学、传感器、药物释放等领域拥有广阔应用前景。三维软受限自组装是制备这类胶体颗粒的重要手段。目前相关研究大多集中在线型嵌段共聚物体系，由于环状聚合物不存在链末端，拓扑结构特殊，其三维软受限自组装行为尚不清晰；同时，在线型ABC三组分嵌段共聚物体系中很难得到内部结构有序的扁球形颗粒，如何利用环状共聚物开发结构可调的扁球形纳米颗粒，是高分子自组装领域亟待解决的问题。
图1 环形ABC三嵌段共聚物软受限条件下扁球形纳米粒子形貌结构的调控
研究团队以环状对称ABC三嵌段共聚物为研究对象，利用Monte Carlo模拟，系统考察嵌段间不相容作用、聚合物‑溶剂界面作用、受限程度三大关键参数对组装体形貌的调控规律。在中性边界条件下，环状ABC三嵌段共聚物可以自组装得到内部各组分呈六角密排短圆柱分布的纳米颗粒。增大不同嵌段之间的不相容性、减弱聚合物与溶剂之间的界面相互作用，有利于形成近乎扁平的扁球形纳米颗粒。改变体系的受限程度，可以调控颗粒内部短圆柱的数量，获得一系列内部纳米结构各异的扁球形颗粒。当受限程度较强时，能够形成“一核多瓣”新型扁球形颗粒；通过引入不同嵌段之间的疏水性差异，还可以精准控制“一核多瓣”颗粒的内核组分。与线型ABC三嵌段共聚物对比表明，链拓扑结构的差异是组装形貌产生显著区别的根本原因。
图2 典型“一核多瓣”新型扁球形纳米颗粒核心组分的调控
研究进一步分析链构象、界面能、表面能随受限条件的变化，解析典型扁球形、一核多瓣纳米颗粒的完整形成动力学路径。该工作阐明环状三嵌段共聚物软受限自组装的调控机制，证明环状ABC三嵌段共聚物是制备内部纳米结构可控扁球形纳米颗粒的优异候选材料，为实验上制备新型胶体纳米颗粒提供理论指导。
研究成果详见《Langmuir》期刊：https://doi.org/10.1021/acs.langmuir.6c02031。（撰稿人：崔杰 校对人：赵桂艳 审稿人：胡跃鑫）
