Nature：胶体颗粒表面补丁图案精确控制！

构建三维结构胶体颗粒的难点在于方向性成键信息的缺乏，而表面图案化的胶体颗粒为多级次结构的自组装路径正好提供了大量方向性信息。虽然理论计算和模拟手段可以定量预测和设计补丁图案，但是模型体系中补丁图案化胶体颗粒的均匀可控性很难在实际实验中得到满足。

图1. DNA补丁图案化胶体颗粒

Yufeng Wang, Yu Wang, Marcus Weck, David J. Pine et al. Colloids with valence and specific directional bonding. Nature 2017, 491, 51–55.

有鉴于此，纽约大学Stefano Sacanna等人报道了一种基于胶体融合策略高收率制备功能性补丁图案胶体颗粒的方法。

图2. 具有液体内核的胶体团簇颗粒

研究人员基于配位动力学和润湿作用力，首先以固体纳米颗粒（PS球）和液体内核（硅油）为基础，组装一个复合的液-固型团簇，然后在压力作用下发生融合，演化成为具有各种不同结构液态补丁表面的球形胶体颗粒。

图3.胶体融合过程

胶体成功融合的关键条件有两个：

1）组装成具有液体内核的胶体颗粒的各个成分之间，当发生塑化的时候，不能相互混合。

2）由于胶体融合主要基于表面能最小化理论，因此团簇表面能的合理分配具有重要影响。

图4. 液体补丁表面的三种组装途径

这种带有补丁表面的球形胶体颗粒作为一个基本组装单元，可以通过三种途径进行下一步组装：

1）液体补丁和固体颗粒成键组装；

2）液体补丁作为桥连工具，将相邻的补丁颗粒组装在一起；

3）液体补丁在有机分子的作用下，发生可逆膨胀。

基于该研究成果，研究人员可以首先通过编程设计具有特定结构的补丁型纳米颗粒及其组装路径，然后通过实验高效得到各种多级结构胶体组装体。

图5. 模拟预测具有液体补丁表面的胶体颗粒结构单元

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Zhe Gong, Theodore Hueckel, Gi-Ra Yi and Stefano Sacanna. Patchy particles made by colloidal fusion. Nature 2017. DOI:10.1038/nature23901