如何有效控制纳米粒子的自组装一直以来都是科学界的热点课题。众所周知，光作为一种控制因素，具有很多的先天优势，比如异常灵敏的开关特性，作用点的可精确定位性，以及波长的多样选择性。因此，如何用光对纳米粒子的自组装过程进行有效控制就变得尤为引人注目。过去的十多年间，这一领域的研究多是通过对纳米粒子的表面修饰光响应性的配体分子（如偶氮苯、螺吡喃等）来实现纳米粒子的可控自组装。然而，取得可喜进展的同时，也带来了一系列的问题，比如较为繁琐的制备过程，以及受到严重影响的自组装光控开关特性。
如果在纳米粒子的表面修饰不具有光响应性的配体分子，那以上的问题都可迎刃而解，然而，如此一来，我们还能用光去控制这类纳米粒子的自组装过程吗？来自以色列魏茨曼科学研究所的Rafal Klajn及其研究团队给出了肯定的答案，并将其研究成果发表在2015年8月出版的《自然·化学》上（Light-controlled self-assembly of non-photoresponsive nanoparticles , Nat. Chem., 2015, DOI: 10.1038/nchem.2303）。
具体来说，研究人员首先在纳米金颗粒表面修饰上末端为羧基的配体，并将其置于甲醇溶液中。由于羧基之间可形成氢键，这样纳米金颗粒就会通过氢键作用力聚集在一起形成组装体，当在体系中加入盐酸溶液后，由于氢离子具有破坏氢键的能力，原本聚集在一起的组装体解组装，重新在甲醇溶液中分散为单个的纳米金颗粒。简单地说，氢离子在金颗粒表面的存在与否直接影响纳米金颗粒的组装行为。那么如何让整个过程变得光可控呢？研究人员在体系中引入了螺吡喃分子，该分子在开环情况下可作为碱，有效束缚氢离子，当用400-460 nm范围的蓝光对其照射时，其可转变为闭环形式，同时释放出氢离子，光照停止后，螺吡喃分子重新变为开环形式，同时再次束缚氢离子。这样，通过引入螺吡喃分子作为光响应介质，可控地实现了氢离子的束缚与释放，进而控制了纳米金颗粒的组装与解组装行为。需要指出的是，整个过程具有很好的耐疲劳性，可循环100次以上，并且在组装与解组装过程中，可实现对溶液中的一些客体分子的有效包裹与释放。
在007电影中，詹姆斯邦德曾用到过一种间谍卡片。光照下，信息就会显露在卡片上，停止光照，信息便消失不见。研究人员在这里利用纳米金颗粒的光控自组装行为制备出了类似的自擦除材料。首先，通过引入PEG将整个体系制备为凝胶材料。接着，将具有镂空图案的模板盖在凝胶片上，并用蓝光照射。被不透明模板盖住的区域里，纳米金颗粒表现出组装行为，凝胶为黄色。而纳米金颗粒在蓝光可接触接触区域发生解组装行为，凝胶变为红色。这样，模板上的图案就完整的印在了凝胶材料之上。而停止光照3分钟后，伴随着红色图案区，纳米金颗粒再组装行为的发生，这些图案就会完全消失。
Rafal Klajn团队的这一研究成果，首次实现了无光响应性的纳米粒子的光可控自组装。未来，这一方法在催化、水净化、微流控领域都有着非常大的应用前景。
（来源：X-MOL化学平台）
