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  分子的自組裝是生物系統(tǒng)中最常見的一種現(xiàn)象，能夠?qū)崿F(xiàn)多功能結(jié)構(gòu)的構(gòu)筑，從而應(yīng)對復(fù)雜的外部環(huán)境。通過向大自然學(xué)校，科學(xué)家們利用分子之間的相互作用力能夠?qū)崿F(xiàn)分子之間的自組裝，然而人工實(shí)現(xiàn)的分子自組裝體大多為熱力學(xué)平衡態(tài)下的產(chǎn)物。實(shí)際生命體中的分子自組裝則多是在需要外界能量如光、電、磁等的驅(qū)動下完成的，是一種需要消耗能量的耗散自組裝（Dissipative self-assembly），通過能量的消耗來維持非平衡態(tài)的功能狀態(tài)。一般情況下，要實(shí)現(xiàn)耗散自組裝需要至少兩個(gè)反應(yīng)或者過程，以及材料的兩種狀態(tài)來實(shí)現(xiàn)一個(gè)完整的循環(huán)，也就是通過能量的引入遠(yuǎn)離平衡態(tài)，通過能量的耗散來恢復(fù)到初始態(tài)。

  在已報(bào)到的一些人工合成的耗散自組裝系統(tǒng)中，材料通常表現(xiàn)出較差的機(jī)械性能。南方科技大學(xué)的蔣偉教授課題組在最新一期的Nature Chemistry報(bào)告了一種通過施加剪切力誘導(dǎo)的瞬態(tài)水凝膠。該材料具有高度的可拉伸性能和自修復(fù)性能。作者使用聚乙二醇通過氫鍵作用穿插聚呋喃輪烷構(gòu)筑長鏈的管狀高分子結(jié)構(gòu)，并通過加入Cu（ii）作為高分子配位位點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)材料的構(gòu)筑。

本文亮點(diǎn)

1. 劇烈搖動帶來的剪切力會將溶液轉(zhuǎn)變成凝膠，隨著時(shí)間的推移逐漸松弛回溶膠狀態(tài)。

2. 材料的耗散自組裝過程取決于剪切力誘導(dǎo)的從鏈內(nèi)到鏈間配位以及熱弛豫的轉(zhuǎn)變。

3. 由于分子管在聚乙二醇鏈上的“摩擦”滑動，非平衡態(tài)的水凝膠具有高度可拉伸的性能。

圖1. 材料的化學(xué)結(jié)構(gòu)以及凝膠過程

圖2. 剪切力誘導(dǎo)凝膠過程

圖 3. 分子間的親和力以及自組裝的驅(qū)動力

圖 4. 剪切力誘導(dǎo)及熱弛豫機(jī)理 

  論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41557-019-0235-8