研究背景
結晶驅動自組裝（CDSA）是一種獲取高度定義納米結構的便捷方法。然而，由于種子制備過程耗時且受限于小批量生產，CDSA制備納米結構的過程往往受到長時間處理和低通量的制約。這進一步限制了CDSA的規?；瘧靡约八昧Ｗ拥膶嶋H應用潛力。為了解決這些問題，JACS副主編、伯明翰大學副校長Rachel K. O’Reilly教授和Andrew P. Dove教授合作在“Nature Synthesis”期刊上發表了題為“Direct preparation of two-dimensional platelets from polymers enabled by accelerated seed formation”的最新論文。在本研究中，他們報道了一種快速晶體制備方法，通過在流動系統中使聚合物溶液過飽和，驅動均勻種子膠束的形成。該方法大幅縮短了處理時間，從一周減少至幾分鐘。更重要的是，所采用的模塊化流動級聯系統能夠集成種子制備與可控CDSA，實現從聚合物到納米結構的端到端生產，僅需3分鐘。該方法的產率達到132?mg?h?1，較其他已報道方法提升了數個數量級，推動了高精度納米材料的規?；苽溥~出重要一步。
研究亮點
（1）實驗首次通過流動系統實現了種子的快速制備，得到了均勻的種子膠束。通過將聚合物溶液過飽和，利用流動反應器控制溫度，從而顯著縮短了種子形成時間，從一周縮短至幾分鐘。（2）實驗通過閃速冷凍策略和集成流動級聯系統，成功實現了種子制備和可控CDSA的端到端生產。該方法不僅提高了種子制備效率，還大幅提高了納米結構的生產通量，達到了132?mg?h?1，超越了傳統方法的數個數量級。（3）實驗通過該方法實現了精確的尺寸控制和高度均勻的1D和2D納米結構的制備，解決了傳統CDSA過程中尺寸分布大、處理時間長的問題。該方法具有良好的規?；瘽摿?，為精密納米材料的合成提供了新的技術路徑。（4）實驗展示了該方法在可生物降解材料（如PCL基聚合物）中的應用，能夠在短時間內實現高效且均勻的納米粒子合成。通過調節單體數量和組成，能夠精確控制自組裝納米結構的尺寸和形貌，推動了該技術在多個應用領域的進一步發展。
圖文解讀
圖2：僅使用二嵌段聚合物在流中制備的快速冷凍的種子
結論展望
本研究通過在流動級聯系統中集成種子形成與可控生長，推進了聚合物納米顆粒的CDSA制備技術。該集成方法將處理時間從一周縮短至3分鐘，并將合成通量提高到132?mg?h?1，超越了其他方法幾個數量級。使用閃速冷凍技術進行種子制備，有效縮短了批量處理時間，并可能為其他CDSA系統帶來效率提升。通過優化實驗參數和采用模塊化反應器設計，本研究無縫結合了CDSA與流動合成，實現了均勻各向異性聚合物納米顆粒的快速、可控生產?？傮w而言，這一進展為可編程材料設計提供了新機遇，能夠精確控制納米結構的性質，并標志著高通量聚合物納米材料合成領域的一個重要進步。 Xiao, L., Xia, T., Zhang, J. et al. Direct preparation of two-dimensional platelets from polymers enabled by accelerated seed formation. Nat. Synth (2025). https://doi.org/10.1038/s44160-025-00767-x
