文章来源：化学研究所
磁性纳米粒子在现代科学的众多领域具有广泛的应用，例如核磁共振成像、生物医药、催化、数据存储和环境保护等。通过调节粒子的尺度和几何外观以及分级有序自组装，可以获得磁性纳米粒子优异的特性，利用磁性纳米粒子间的多种相互作用，可以实现不同尺度下的多功能应用需求。因此，磁性粒子自组装结构的设计与调控已成为理解构效关系、提升相关材料性能的关键点和难点。在国家自然科学基金委、中国科学院和中国科学院化学研究所的大力支持下，化学所分子动态与稳态结构实验室研究员姚立课题组科研人员利用超低场磁成像综合研究平台，在磁性多功能自组装体的结构设计与构筑、性能调控与应用研究方面取得了系列进展。
由于无需低温超导产生的强磁场环境，超低场磁成像成为磁成像的前沿研究领域。然而常规的磁探针不能满足超低场技术的要求，该实验室科研人员与胶体界面与化学热力学实验室合作，采用分子调控的自组装方式，构建了一个新型的超低场磁探针。通过将磁性纳米粒子的多功能性与单孔中空的结构特性有机结合起来，实现对其磁性能的调控和提升，并发展了一个集选择性封装、磁导航输送、可控释放于一体的智能生物医学平台。更重要的是，整个过程可通过磁共振成像手段实时监控。这种自组装磁球用作智能纳米载药有望使癌症治疗可视化、更有效、更精准。相关结果发表在J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, 2090−2093。
与具有对称性结构的粒子相比，Janus微粒由于其独特的各向异性，在催化、载药、传感、水处理等方面具有许多潜在的应用，同时具有较为特殊的聚集行为，极易发生自组装，可用于模拟分子的自组装。而Janus微粒自组装的实际应用受限于单分散、量大、形貌可控的Janus微粒的制备。在最近的研究中，该实验室科研人员通过自行研制的液滴微流控平台，利用磁控诱导浸润调变的原理，制备出两亲性、磁响应、单分散的Janus微粒；并基于形貌各向异性、两亲性、外磁场的协同自组装模式，形成了一个大面积、两亲性的单层膜，可应用于智能涂层、防污表面及抗生物粘附材料。相关结果发表在Adv. Mater. 2016, 28, 3131–3137。
图1 磁性纳米粒子自组装形成单孔空心球的示意图
图2 Janus微粒及其自组装的单层膜
