川大赵辉团队《自然·通讯》：封闭化学系统中机械敏感的非平衡态超分子聚合

在生物系统中，燃料驱动的耗散性自组装系统执行复杂的生物功能。受生物反应的启发，研究人员一直在谋求耗散能量的化学反应循环与超分子材料的创造之间的结合，从而来制备具有生命特征的智能材料，如振荡、复制、瞬态纳米结构、耗散和自适应等。然而，这些化学系统通常会在一个周期内消耗掉所有的燃料，并且重复燃料添加的操作也会导致废物的积累。迄今为止，只有著名的Belousov-Zhabotinsky和一些相关的振荡器可以在封闭系统中显示出振荡--但没有明确的设计规则来指导封闭系统中燃料驱动的非平衡态体系的建立。

针对上述问题，四川大学赵辉教授团队开发了机械敏感的耗散性超分子聚合体系来解决这些问题。首先，他们展示了在封闭的氧化还原反应系统中使用机械力驱动非平衡态超分子聚合的可能性。在摇晃时，氧化还原反应的单体被空气中的氧气迅速激活，然后自组装成微米级的纳米管。随着时间的推移，自组装的纳米管被溶液中的还原剂还原而自发地分解，其中氮气作为唯一的副产物从溶液中逸出。这种耗散性超分子聚合反应循环在封闭系统中至少可以重复6次。此外，他们还证明了机械敏感的耗散性超分子聚合可以通过引入手性带电的小分子来建立瞬态手性超分子螺旋体系。之后，通过合理设计具有氧化还原活性单体上的取代基类型，实现了摇动诱发的瞬时荧光增强或淬灭。最后，通过使用超声作为驱动耗散性氧化还原反应的手段，构建了无模板的瞬态荧光图案化。

图1. 摇晃驱动的瞬态超分子聚合

图2. 超声诱导的瞬态图案化

这种机械驱动的非平衡态超分子自组装可以赋予功能材料独特的特性，如机械敏感、瞬时手性、瞬时荧光和无模板图案，为创造类似生命的新型材料提供了一个新的思路。

超声诱导的无模版荧光图案

该工作以Mechanosensitive non-equilibrium supramolecular polymerization in closed chemical systems为题目发表于《Nature Communications》. 郎咸华博士和黄英杰博士研究生为该论文的共同第一作者，四川大学化工学院赵辉教授为文章通讯作者，四川大学化工学院为第一通讯单位。

参考文献：

Xianhua Lang, Yingjie Huang, Lirong He, Yixi Wang, Udayabhaskararao Thumu, Zonglin Chu, Wilhelm T. S. Huck & Hui Zhao, Mechanosensitive non-equilibrium supramolecular polymerization in closed chemical systems，Nature Communications, 2023, 14:3084.

论文信息：

https://www.nature.com/articles/s41467-023-38948-x

转自：“高分子科学前沿”微信公众号

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