基于聚合物前体的具有精确控制的成分和尺寸的二维 (2D) 纳米结构引起了广泛的兴趣，但难以获得。使用预制种子在选择性溶剂中对嵌段共聚物(BCP) 和相关聚合两亲物进行活性结晶驱动自组装 (CDSA) 已被证明是一种强大的环境温度方法，可用于形成尺寸受控的二维薄片胶束。使用这种方法已经实现了来自 BCP 的一系列结构清晰和复杂的薄片结构以及各种粒子形态。精确控制核-壳粒子的内部结构以允许创建具有空间不同化学性质的核，可以促进颗粒行为的发展。然而，这仍然是一个未解决的挑战，因为种子外延生长会导致所得颗粒的核心结构在组成上是均匀的。对于1D或2D组件，只有有限的异质外延生长的例子被报道，并且最广泛研究的案例涉及结构相似的聚二茂铁基二甲基硅烷（PFS）和聚二茂铁基二甲基锗烷）（PFG）作为可结晶的成核嵌段。这些材料具有几乎相同的物理和化学性质。

聚酯以前被用作成核嵌段，使用活CDSA方法形成结构清晰的一维和二维粒子。这种核心具有固有的生物相容性，但也显示出水解生物降解途径，其中降解速率由其特定的化学结构控制。从生物相容性和可生物降解的聚合物中提取具有分段核的粒子的产生将通过自组装纳米粒子的产生带来重大进展，其中可以选择性地操纵降解特性和功能化水平。

于此，伯明翰大学Andrew P. Dove、Rachel K. O’Reilly和维多利亚大学Ian Manners等研究人员展示了一种多功能方法来制备具有组成不同核心的各种2D分段薄片。作为概念证明，研究人员展示了分段的2D薄片胶束，其中衍生自具有不同疏水性的聚酯的核心区域表现出选择性水解降解。该研究结果将指导未来设计和制造具有不同功能的不同核心组成的空间结构的核-壳纳米粒子。

示意图

首先，研究人员利用聚合物混合物和种子粒子来控制聚合物结构。作者首先用环状聚合物制备不同碳数的聚乳酸（PVL、PCL、PHL、POL和PDDL），再用这些聚乳酸作为结晶性的核心组成单元，与亲溶性的PDMA共聚成为嵌段共聚物。在乙醇中加热，这些共聚物会自发形成多分散的圆柱体，通过超声波处理形成线性均一的种子粒子。接着，作者将不同聚乳酸组成的混合物与种子粒子混合，通过溶剂挥发得到具有可控尺寸的2D薄片颗粒。作者还通过将不同聚乳酸组成的混合物加入到PCL种子粒子中，形成具有空间和组成不同的核壳结构的复合纳米粒子。

图|通过从胶体分散在乙醇中的均聚物/嵌段共聚物共混物（获得具有分段核的均匀2D片晶

研究人员接下来描述了晶格的表征，以理解创建具有不同核的2D核-壳颗粒的机制。研究发现，利用可结晶聚合物的异质外延生长是有限制的，晶格失配不得超过15%。高分辨率选区电子衍射（SAED）分析显示，各自带空间和化学成分差异的聚乳酸核的2D核壳颗粒，与均质聚乳酸颗粒相比，晶格结构不同。研究人员还将种子生长方法扩展到包含更长或更短碳链的聚内酯混合物（C7，C8和C12），允许生长具有空间和化学不同的各种分段二维片状聚内酯核。

图|由四种不同的聚内酯形成的二维薄片嵌段共胶束

研究人员对PCL和PHL共混物中种子生长法的限制进行了详细研究，发现低温下可以形成分段薄片状的共混物，但形态不清晰；高温下会形成多分散的薄片状共混物。为了解决这一问题，研究人员通过共聚合PCL和PHL单体，制备了两种共聚物。发现具有PCL/PHL微结构的共混物能够形成好定义的薄片状结构，解决了低温下共混物形态不清晰的问题。此外，通过共聚合己内酯（CL）和左乳酸酯（VL）单体，制备了PVL/PCL嵌段共聚物。这种嵌段共聚物可以作为其他聚左乳酸酯类种子的生长薄片，形成结构清晰的薄片状结构。最终，通过将这种嵌段共聚物与其他聚左乳酸酯、聚己内酯、聚乳酸和聚戊二酸乙二醇酯共混制备成的单体结合起来，制备出了具有可调尺寸和微结构的二元和多元嵌段共聚物的薄片状结构。

图|通过种子生长制备具有空间不同核心化学成分的均匀2D AB二嵌段和ABA三嵌段薄片

为了进一步证明通过这种种子生长过程形成的具有分段核心的二维薄片的范围和复杂性，ABC 三嵌段共胶束薄片包含 P(VL-co-CL) (C5/C6)、PCL (C6) PHL (C7) 核心是通过将三种不同的混合单体顺序添加到 1D PCL62-b-PDMA270 (C6) 种子来制备的。正如 TEM 和 AFM 分析所证实的，这提供了具有均匀尺寸的三嵌段共胶束薄片。

图|通过种子生长形成具有不同核心化学成分的2D ABC三嵌段片晶

为了利用多嵌段共胶束薄片内成核聚内酯的不同降解曲线，研究人员研究了它们在水性碱性环境中的选择性降解。研究人员使用具有 P(VL-co-CL)、PCL 和PHL 核心结构域的 ABC 三嵌段共胶束薄片，并将它们转移到水中。降解后，薄片表面变得光滑，表明去除了嵌段晕。内核结构域 P(VL-co-CL) 首先降解，然后是 PCL，而 PHL 保持完好。通过仔细选择降解条件，研究人员能够选择性地去除具有 PCL 和 P(VL-co-CL) 核心区域的ABA三嵌段共胶束中的中心核心域。这种方法代表了比以前创建空心薄片结构的方法更有效的途径。

图|溶液降解

综上所述，研究人员已经证明，基于不同的基于聚内酯的成核均聚物/嵌段共聚物组合，种子生长方法可以应用于一系列不同的可结晶聚合物共混物。这允许访问具有分段和不同核心化学物质并精确控制尺寸的 2D 薄片胶束。这种方法稳健且用途广泛，代表了各向异性和化学复杂的聚合物纳米结构发展的关键进展。可以利用聚内酯核之间的降解速率差异来产生颗粒，其中可以以时空受控的方式发生选择性降解，这可以实现一系列应用，特别是在受控释放和货物运输中。在程序条件下可以“开启”的颗粒的独特响应行为可能会提供机会来创建能够长期程序化药物释放的微米级载体作为未来的治疗运载工具。

此外，研究人员还证明了三个关键因素——结晶动力学、可结晶性和核相容性——对于调节可结晶均聚物/嵌段共聚物混合物的异质外延生长行为具有重要意义。研究人员描述的生长方法为具有不同可编程核心化学的二维薄片胶束提供了一种潜在的通用方法。例如，将该方法扩展到具有不同带隙的可结晶 π 共轭聚合物作为成核嵌段，将允许访问在纳米电子异质结领域具有潜在应用的二维组件。

参考文献：

Tong, Z., Xie, Y., Arno, M.C. et al. Uniform segmented platelet micelles with compositionally distinct and selectively degradable cores. Nat. Chem. (2023).

https://doi.org/10.1038/s41557-023-01177-2