近日，复旦大学聂志鸿、桑玉涛教授团队的AMR述评文章“Nanoscale Colloidal Molecules and Colloidal Polymers: From Polymer-Grafted Nanoparticles to Functional Assemblies”在线发表。文章系统梳理了以聚合物接枝纳米粒子为构筑基元制备胶体分子与胶体聚合物的组装策略与形成机制，深入总结了胶体分子非密堆积超晶格的制备方法及其集体性质调控的最新进展，并对该领域当前面临的核心挑战及未来发展方向进行了前瞻性展望。

关键词：聚合物接枝纳米粒子、自组装、胶体分子、胶体聚合物、非密堆积超晶格

原文提要：“The self-assembly of inorganic nanoparticles (NPs) endows the resulting assembles with unique collective optical, electrical, and magnetic properties beyond the individual NPs.”

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文章内容简介

无机纳米粒子的自组装赋予其组装体超越单一纳米粒子的独特光、电、磁等集体性质。纳米级胶体分子与胶体聚合物是一类具有类分子拓扑结构的功能组装体，因其非凡的集体特性而备受关注，在传感、催化、电子学、光子学和能源存储等领域展现出广阔应用前景。然而，如何实现无机粒子在纳米尺度上的精确可控自组装，以构筑诸如胶体分子与胶体聚合物等结构明确的复杂组装体，仍面临重大挑战。聚合物接枝纳米粒子凭借其有机-无机杂化特性，为构筑此类高级组装体提供了通用且高效的平台。更重要的是，聚合物作为表面配体具有多重优势：（i）可提供多样化的相互作用类型、优异的刺激响应性及良好的生物相容性；（ii）其尺寸与无机纳米核相当，有利于提升组装过程的精确可控性；（iii）长链柔性结构可增强纳米粒子及其组装体的胶体稳定性；（iv）聚合物链自身的自组装行为可进一步丰富最终组装体的结构复杂性与功能多样性。尽管具备上述优势，如何发展精准可控的组装策略以实现聚合物接枝纳米粒子向胶体分子/聚合物的可控转变，以及深入理解其形成机理，仍是当前亟待解决的关键问题。

本述评聚焦以聚合物接枝纳米粒子为基本单元构筑胶体分子与胶体聚合物的最新研究进展。首先概述纳米粒子表面接枝聚合物链的构象行为，系统总结“Grafting to”、“Grafting from”及“One-pot synthesis”三类典型合成策略。其次，重点阐述球形聚合物接枝纳米粒子分别在化学反应诱导识别作用、静电相互作用、氢键及卤键等驱动力作用下的自组装行为，探讨其向胶体分子/聚合物转变的调控机制。第三部分讨论形状各向异性聚合物接枝纳米粒子的独特自组装行为及其结构优势。第四部分结合时间分辨实验研究与计算机模拟，深入剖析上述组装体的形成机制。第五部分重点介绍基于等离激元纳米粒子的胶体分子非密堆积超晶格构筑策略，并探讨其涌现的集体光学性质。最后，总结当前研究面临的主要挑战，并对未来发展方向进行了展望。

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AMR：您选择该领域的初心是？

作者团队：

传统的分子与聚合物由原子通过共价键连接而成。胶体分子与胶体聚合物的核心构建理念在于以无机纳米粒子作为“人造原子”，借助多种粒子间相互作用（如酸碱中和、氢键、静电作用、卤键等）模拟化学键，进而将其组装为具有分子级精确结构特征的聚集体。我们选择该研究领域的初衷是希望打破元素周期表的限制，创造出一种全新的“材料基因组”——不仅模仿分子的拓扑结构（如H₂O、CO₂的构型），更要通过充分发挥纳米粒子本身固有的独特物性（如等离激元、磁性、催化活性等），赋予这些“人造分子”超越天然分子的光电、磁学等功能。

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AMR：您认为该领域当前最值得关注的研究热点是什么？

作者团队：

当前，“胶体分子与胶体聚合物”领域的研究热点与前沿关注点主要集中在以下三个方面：

（1）精准构筑策略与组装机制的突破：如何实现纳米粒子向胶体分子/聚合物的精准可控组装仍是本领域的核心挑战。当前研究热点聚焦于开发新型定向相互作用以模拟传统化学键合机制，深入剖析组装过程中的热力学与动力学行为，并在此基础上建立具有预测能力的理论模型与普适性组装框架。

（2）复杂构筑基元的拓展与各向异性组装：研究兴趣正从传统的球形聚合物接枝纳米粒子逐步延伸至形状各向异性的纳米粒子（如棒状、盘状、多面体等）。探索此类各向异性构筑基元独特的自组装行为，并利用其形状依赖的定向相互作用构建拓扑结构更为复杂的胶体分子与胶体聚合物，已成为领域内的重要前沿方向。

（3）功能导向的超结构构筑与集体性质调控：研究重心正从单纯的结构模拟转向功能构建。特别是基于等离激元纳米粒子（如金、银）构筑的胶体分子非密堆积超晶格，因其涌现的集体光学性质（如等离激元耦合、Fano共振等）而备受关注。如何通过控制胶体分子的尺寸、维度及内部粒子间距来精确调控光-物质相互作用是光子学和传感应用的核心。

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AMR：您对该领域的发展有何愿景？

作者团队：

期待该领域能够吸引并培育更多杰出人才，共同推动其从基础研究向实际应用跨越，在生物医药、能源催化与柔性电子等方向产生实际应用价值。例如，开发具有响应性的胶体聚合物药物载体，实现多重刺激响应下的精准递释；或基于其柔性可调的链状结构，构筑可拉伸显示屏的电极；乃至利用其光热转换效率，制备新型的太阳能蒸发器。我们希望让这些“人造分子”真正成为解决能源、环境与健康领域关键问题的核心材料。

作者团队简介

聂志鸿（Zhihong Nie），复旦大学高分子科学系、聚合物分子工程全国重点实验室特聘教授。2008年于加拿大多伦多大学获博士学位，之后于美国哈佛大学从事博士后研究。归国前于美国马里兰大学任长聘副教授。研究领域包括高分子纳米复合材料、生物成像与药物释放、等离功能材料等。曾获国家杰出青年基金资助、美国国家科学基金会Career Award、美国3M公司青年教授奖等荣誉。任Soft Matter期刊副主编。

桑玉涛（Yutao Sang），复旦大学高分子科学系、聚合物分子工程全国重点实验室青年研究员。2019年于中国科学院化学研究所获得博士学位，之后于以色列魏茨曼科学研究所从事博士后研究，2023年加入复旦大学。他的研究聚焦于手性自组装及其相关物性，特别关注手性与自旋交叉领域的基础科学问题及其跨学科应用。

戴立威（Liwei Dai），复旦大学高分子科学系、聚合物分子工程全国重点实验室博士后。他在德国汉堡大学获得博士学位，研究兴趣主要集中于纳米粒子的可控合成、自组装行为及其图案化应用。

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Nanoscale Colloidal Molecules and Colloidal Polymers: From Polymer-Grafted Nanoparticles to Functional Assemblies

Liwei Dai, Yutao Sang*, and Zhihong Nie*

原文链接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/accountsmr.5c00324

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