自组装（基本结构单元自发形成有序结构的技术）

自组装

基本结构单元自发形成有序结构的技术

自组装（self-assembly），是指基本结构单元(分子，纳米材料，微米或更大尺度的物质）自发形成有序结构的一种技术。在自组装的过程中，基本结构单元在基于非共价键的相互作用下自发地组织或聚集为一个稳定、具有一定规则几何外观的结构。

基本简介

定义释义

自组装过程并不是大量原子、离子、分子之间弱作用力的简单叠加，而是若干个体之间同时自发地发生关联并集合在一起形成一个紧密而又有序的整体，是一种整体的复杂的协同作用。分子自组装是利用LB膜进行分子自组装研究，是分子工程的重要研究内容。如利用生物亲和力或基团间的键合力，借助于扫描隧道显微镜(STM)的笔尖，将功能大分子嵌入LB膜表面，再用光聚合法，使其固定化，形成功能膜。

相关分类

自组装技术简便易行，无须特殊装置，通常以水为溶剂，具有沉积过程和膜结构分子级控制的优点。可以利用连续沉积不同组分，制备膜层间二维甚至三维比较有序的结构，实现膜的光、电、磁等功能，还可模拟生物膜，因此，近年来受到广泛的重视。

自组装的层/层沉积方式与气相沉积有些相似，但气相沉积是在高真空下使物质主要是可汽化的，能耐高温的无机材料，尤其是金属元素。而高分子不能够汽化，所以是不适用的。反过来，高分子很适合于自组装，通常得到的是两种组分的复合膜，而气相沉积制备的则通常是同一组分的单层膜。

自组装制备超薄膜的技术，可用在自组装导电膜，如有聚苯胺和聚噻酚的组装膜等；也可用于电致发光器件的制备，如表面负性的CdSe粒子与聚苯乙炔(PPV)的前体组装，得到纳米级的PPV/CdSe膜，具有电致发光性质，随着电压改变，膜发光的强度连续可调，换用不同的组分可制备不同颜色的发光膜。另外，带重氮基高分子的自组装膜，在光、热处理后膜间的弱键转变为共价键，还可得到对极性溶剂稳定、能够用于测定光－电转换等功能的膜。

影响因素

基本因素

分子自组装是在热力学平衡条件下进行的分子重排过程,它的影响因素也多种多样,主要有以下三个影响因素:

因素1

分子识别对分子自组装的影响

分子识别可定义为某给定受体对作用物或者给体有选择地结合并产生某种特定功能的过程,包括分子间有几何尺寸、形状上的相互识别以及分子对氢键、π π相互作用等非共价相互作用力的识别。利用分子彼此间的识别、结合特征,从中挖掘高效、高选择性的功能。若将具有识别部位的多个分子组合,彼此便寻找最安定、最接近的位置,并形成超过单个分子功能的高次结构的聚集体。在有机分子自组装过程中控制组装顺序的指令信息就包含于自组装分子之中,信息依靠分子识别进行。目前分子识别进一步应用于临床药物分析、模拟酶催化以及化学仿生传感器。为定性分离和设计提供更多的信息,也为加速分子发现提供潜能。

因素2

组分对分子自组装的影响

组分的结构和数目对自组装超分子聚集体的结构有很大的影响。吴凡等利用扫描轨道电镜观测了4 十六烷氧基苯甲酸(T1)和3,4,5 三取代十六烷氧基苯甲酸(T3)分子在石墨上形成的自组装体系的结构,结果发现这两种分子的自组装排列结构有着很大的不同:T1分子形成的是有序的明暗相间的条陇状结构,而T3分子形成的是密堆积结构。这说明组分结构的微小变化或组分的数目变化可能导致其参与形成的自组装体结构上的重大变化。

因素3

溶剂对分子自组装的影响

绝大多数对自组装体系的研究都是在溶液中进行的,因而溶剂对自组装体系的形成起着关键作用。溶剂的性质及结构上的不同都可能导致自组装体系结构发生重大改变。任何破坏非共价键的溶剂,都可能会影响到自组装过程的进行,包括溶剂的类型、密度、pH值以及浓度等。JosephM.Desimone用不同密度液态或超临界态二氧化碳作为溶剂时,考察对两性共聚分子的自组装的形成的影响,结果发现在CO2溶剂密度低于0 82g cm3时,CO2相和高分子相是独立存在的:当CO2溶剂密度增加时,高分子溶解,成为低聚物(半径2～4nm);当密度到达一定值时,低聚物团聚成球形颗粒。由此可知溶剂的密度对自组装确实有一定的影响。 

大分子

大分子自组装属超分子化学和高分子科学的交叉学科，是当今化学和材料科学发展的前沿，也是孕育先进材料的摇篮。它的主要研究内容是高分子之间或高分子与小分子间或高分子与纳米粒子之间通过非共价键的相互作用，进行自组装而实现不同尺度上的规则结构。

国内现状

近年来，我国科学家在此领域取得了重要的研究进展。本书总结了国内外相关研究的实验和理论两方面的重要成果，特别着重于我国科学家的富有特色的新成就。本书内容包括嵌段共聚物在本体和溶液中的自组装，此类自组装体的化学演化，高分子自组装的非嵌段共聚物路线，自组装结构的固定化，以及含有纳米粒子、表面活性剂等体系的自组装等。本书可供从事高分子科学、超分子化学、材料化学和物理、胶体和界面化学及生物材料等相关领域的科研人员及研究生阅读和参考。

参考资料

1.自组装，最新《Science》！·网易