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Angew. Chem. :可快速水解的超两亲分子用于Marangoni自驱动“燃料”及宏观自组装

宏观超分子组装(Macroscopic supramolecular assembly, MSA),是微米至毫米尺度构筑基元通过分子间相互作用形成有序结构的过程,是超分子化学的新兴研究方向,可用于水下粘附、自修复、信息编码、组织工程支架、增材制造等领域。不同于分子自组装,宏观超分子组装需要额外的能量驱动构筑基元,使其发生运动、碰撞和组装。在诸多驱动方式中,Marangoni效应利用表面活性剂产生表面张力梯度,能够为组装过程提供合适的驱动力。然而,常见表面活性剂存在快速界面聚集导致Marangoni运动失效的问题,通常依赖挥发性物质或添加剂等手段去除多余的界面表面活性剂分子,以维持表面张力梯度。


近日,北京化工大学的石峰教授和成梦娇教授设计了一种新的超两亲分子表面活性剂,作为长效Marangoni效应的“燃料”,利用其表面活性以及快速水解的能力,解决了传统表面活性剂界面饱和和Marangoni运动失效的问题,实现了高效的宏观超分子自组装。



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所合成的超两亲分子为sodium-4-(benzylideneamino) benzenesulfonate (SBBS),通过可逆共价键-亚胺键连接亲疏水基团。SBBS分子具有表面活性,在空气/水界面释放后,能够快速产生表面张力梯度,实现Marangoni驱动。同时,它可以在水中快速分解,避免界面聚集,将运动时长提高一个数量级以上。因而,SBBS可以作为一种理想的长效Marangoni“燃料”,为构筑基元提供持续驱动力,实现高效宏观自组装。


与现有策略相比,SBBS具有条件温和、无需添加剂等优点。此外,SBBS的界面扩散和分解具有pH值响应性,在酸性条件下能够快速达到界面吸附/分解平衡,从而提高构筑基元运动速率,促进高效组装。与中性条件相比,酸性条件下的宏观自组装耗时缩短24%。

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该工作所发展的可快速水解超两亲分子“燃料”,解决了Marangoni自驱动的长效运动难题,能够为宏观构筑基元的自组装提供持续动力,也为基于化学动力的微机器人、微型器件的供能提供了思路。

文信息

A Hydrolysable Supra-amphiphile as a Marangoni Self-Propulsion Fuel for Efficient Macroscopic Supramolecular Self-Assembly

Guoxin Lu, Guiqiang Zhu, Dr. Qian Zhang, Pan Tian, Prof. Mengjiao Cheng, Prof Feng Shi

文章的第一作者是北京化工大学的博士生卢国新。


Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202117504




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