納米粒子-高分子復(fù)合材料常常能結(jié)合二者優(yōu)勢(shì)具備優(yōu)異的光、電、磁性能，在存儲(chǔ)器、傳感器和微電子等領(lǐng)域具有很大的潛在應(yīng)用。在納米粒子-高分子符合材料中，高分子基質(zhì)的結(jié)構(gòu)常常影響著材料的性能，甚至賦予材料新的功能，例如刺激響應(yīng)或者手性響應(yīng)等。此前，僅有嵌段共聚物作為高分子基質(zhì)引導(dǎo)納米粒子在復(fù)合材料中有序排列。雖然嵌段共聚物是一種不錯(cuò)的復(fù)合材料高分子基質(zhì)，依然具備三點(diǎn)局限性：第一，層狀組裝結(jié)構(gòu)對(duì)于兩個(gè)個(gè)嵌段的體積分?jǐn)?shù)有一定的限制，通常在40-60%；第二，難以精確控制納米粒子在復(fù)合材料中的位置；第三，對(duì)于濃度、溫度、溶劑等實(shí)驗(yàn)條件有很強(qiáng)的依賴性。
近日，法國(guó)圖盧茲大學(xué)的Simon?Tricard課題組與Colin?Bonduelle課題組聯(lián)合在《Nature?Communication》中發(fā)表了題為“Bidimensional lamellar assembly by coordination of?peptidic?homopolymers to platinum nanoparticles”的研究論文，報(bào)道了利用均聚多肽引導(dǎo)鉑納米粒子實(shí)現(xiàn)了二維層狀結(jié)構(gòu)的自組裝。在文章中，作者選擇了五種不同聚合度poly(γ-benzyl-L-glutamate) (PBLG)作為模型體系，因?yàn)镻BLG可以在有機(jī)溶劑形成硬棒狀的α螺旋。作者采用了超小鉑納米粒子（約1.2納米）作為研究對(duì)象，因?yàn)樗某叽缗c均聚多肽的一個(gè)重復(fù)單元相當(dāng)。
作者系統(tǒng)地研究了均聚多肽PBLG與鉑納米粒子的比例對(duì)組裝行為的影響。透色電鏡（TEM）圖顯示（圖1上），當(dāng)量比（單體與鉑原子數(shù)量的比值）為0.5和1.0的時(shí)候，鉑納米粒子能夠與PBLG形成深淺交替的有序?qū)訝钭越M裝，深色區(qū)域包含鉑納米粒子，淺色區(qū)域不含鉑納米粒子。當(dāng)量比過(guò)高或者過(guò)低均無(wú)法形成較有序的周期性結(jié)構(gòu)。三維重構(gòu)圖像（圖1下）顯示鉑納米粒子在層狀結(jié)構(gòu)內(nèi)的神色區(qū)域內(nèi)均勻分布，沒(méi)有出現(xiàn)聚集， X射線小角散射（SAXS）實(shí)驗(yàn)也佐證了鉑納米粒子的平均距離約為2.5納米。
為了研究PBLG與鉑納米粒子的作用機(jī)制，作者采用了13C魔角固態(tài)核磁（13C-MAS-SSNMR）觀察PBLG與鉑納米粒子組裝前后的變化。PBLG端基的炔基的化學(xué)位移為72ppm和80ppm，這兩個(gè)信號(hào)峰在與鉑納米粒子混合后均消失了，表面了炔基與鉑納米粒子之間的配位作用。為了進(jìn)一步證實(shí)這個(gè)作用機(jī)理，作者合成了沒(méi)有端基炔的均聚多肽PBLG-H。PBLG-H與鉑納米粒子混合后，組裝結(jié)構(gòu)的有序性相比于PBLG有了明顯下降，鉑納米粒子的分散性也有顯著下降（圖2）。X射線光電子能譜（XPS）與紅外光譜（IR）表明了鉑納米粒子與PBLG的端基炔及酰胺鍵均有配位作用。
接下來(lái)作者合成了五種不同聚合度的PBLG，用于研究的PBLG聚合度對(duì)組裝結(jié)構(gòu)的影響。五種不同聚合度的PBLG分別為聚合度（DP）18的PBLG1， DP=69的PBLG2，DP=120的PBLG3，DP=217的PBLG4，以及DP=481的PBLG5。PBLG1由于聚合度過(guò)低不能有效引導(dǎo)鉑納米粒子的組裝。從PBLG2到PBLG5與鉑厘米粒子的組裝結(jié)構(gòu)中發(fā)現(xiàn)，組裝的層狀周期性結(jié)構(gòu)的寬度與聚合度出現(xiàn)線性正相關(guān)（圖3）。分析表明，組裝結(jié)構(gòu)中的淺色區(qū)域的寬度與對(duì)應(yīng)的PBLG形成的α螺旋長(zhǎng)度相當(dāng)。而組裝結(jié)構(gòu)中的深色區(qū)域則僅為對(duì)應(yīng)PBLG形成無(wú)規(guī)線團(tuán)尺度的六分之一，這很可能是因?yàn)樵谏钌珔^(qū)域內(nèi)PBLG的α螺旋被破壞，在納米粒子的作用下出現(xiàn)了6至7次的折疊。
總結(jié)，該文章利用均聚多肽PBLG引導(dǎo)了鉑納米粒子實(shí)現(xiàn)了二維層狀結(jié)構(gòu)的有序組裝。以均聚多肽作為高分子基質(zhì)引導(dǎo)納米粒子的組裝材料是對(duì)基于嵌段共聚物的納米粒子-高分子復(fù)合材料的良好補(bǔ)充。該文章實(shí)現(xiàn)了兩點(diǎn)突破：第一，實(shí)現(xiàn)了均聚多肽引導(dǎo)金屬納米粒子形成各向異性的層狀組裝；第二，可以通過(guò)簡(jiǎn)單地調(diào)控均聚多肽的聚合度來(lái)實(shí)現(xiàn)的周期寬度為10納米到100納米的納米粒子高分子組裝結(jié)構(gòu)。
