路庆华团队在3D手性螺环结构薄膜材料领域获得新进展

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手性是构成生命体的重要元素。生命体中手性分子组装的DNA双螺旋结构、α-螺旋多肽结构在多种生理活动中发挥着重要的作用。近年来，科学家们采用人工合成有机分子在溶液中超分子自组装获得了螺旋结构、螺旋圆环、莫比乌斯环等多种手性组装体。然而，从分子到螺环的手性组装和形态演变一直是个谜，如何在固体薄膜中构筑手性螺环结构获得手性光学仍然是一项挑战。

       我院博士研究生袁嘉男在路庆华教授指导下，将外源性手性分子掺杂液晶嵌段共聚物复合膜，然后进行热退火处理的相分离，成功地构筑了一种微米尺寸的手性三维立体（3D）螺环结构，这种手性3D螺环结构可以在紫外光照射下被擦除，热退火后可再次重新形成，有望实现手性结构的信息存储。日前，相关研究成果发表于国际知名化学期刊Angewandte Chemie International Edition (doi: 10.1002/anie.202101102)。

       该团队在前期的研究中提出了外源手性分子掺杂两嵌段共聚物通过退火组装“双手性螺旋柱状结构”的方法（Angewandte Chemie International Edition 2018, 57, 15148-15152.）并将此方法得到的薄膜用于研究分子手性转移和手性荧光发光（ACS Nano 2020, 14, 8939-8948.）。在此基础上，研究人员进一步采用具有向列相特征的偶氮侧链嵌段共聚物PEO-b-PMMA(azo)和外源手性分子（TA）的复合，观察到在热退火的初期，由于PMMA (azo)/TA的手性液晶场尚没有完全形成，嵌段共聚物的微相分离只会出现PEO/TA圆柱结构；随着退火时间的延长，PMMA(azo)在手性TA的诱导下形成手性液晶场，柱状结构在手性液晶场的扭转力作用下发生弯折和扭曲，最终形成完整的3D手性螺环结构。该文系统分析了手性液晶下，两嵌段聚合物的相分离，以及有手性组装结构到3D螺环结构的转变规律。
       在紫外光照射下，由于液晶基元中偶氮苯基团从反式转变成顺式的异构体，破坏了连续项PMMA（azo）的液晶特征，导致3D螺环结构被退去。当将顺式偶氮苯退火返回到反式偶氮苯时，手性液晶性能重新恢复，薄膜的螺旋结构又再次出现。这种可控的自组装是一种制备可逆手性3D螺环结构的有效策略，为开发先进的手性密码学材料开辟了一条新途径。该项研究工作得到国家自然科学基金项目的资助。
        论文链接：https://doi.org/10.1002/anie.202101102
       文章来源：同济大学
       路庆华，同济大学教授。1988年同济大学化学系本科毕业，1993年和1999年分别获得上海交通大学高分子材料专业硕士和博士学位，之后在日本日立化成、香港科技大学、瑞士联邦理工（洛桑）和德国马普高分子所访问学习。2000-2004年在上海交通大学分析测试中心主任，2004-2012年任化学化工学院执行院长，2016年9月加入同济大学化学科学与工程学院。现任中国材料研究会高分子材料科学与工程分会常务理事，中国纳米标准委员会委员、中国高分子专业委员会委员、上海学位委员会成员。