自組裝技術
關注創建者：匿名 創建時間：2026-01-04
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隨著摩爾定律的不斷推進，“自上而下”的光刻技術所能達到的尺寸大小已接近極限，而聚合物和小分子的“自下而上”的自組裝技術由于能夠突破傳統光刻技術的限制，可在分子尺寸上制備納米器件，引起了人們的廣泛關注。DSA (Directed self-assembly) 技術是在193 nm光刻技術之上、通過對嵌段聚合物進行模板導向、定向自組裝形成光刻條紋，然后選擇性刻蝕得到最終的光刻圖形。
傳統的DSA材料主要是PS-b-PMMA 嵌段共聚物，此類嵌段共聚物的兩個嵌段之間的Flory–Huggins相互作用參數較小，即χ值比較低，因此自組裝得到的最小特征尺寸只能達到11 nm左右，限制了其在7-5 nm光刻技術中的應用。并且該材料需要在較高溫度下（＞ 160 C）經歷長時間退火（＞ 10 h）才能得到長程有序的低缺陷圖案。而現代半導體工藝要求熱烘烤在2分鐘以下，現有的DSA材料的熱退火時間一般10小時以上，無法滿足生產工藝要求，因此研發快速自組裝的高分辨率材料至關重要。
復旦大學高分子科學系，聚合物分子工程國家重點實驗室鄧海教授團隊經過長期研究探討，制備了一種新型的5 nm以下低溫快速導向自組裝材料PS-b-PPDFMA，其在擁有極高分辨率的同時，能夠快速自組裝形成圖案，為目前已知的最快自組裝的DSA材料，為下一代的光刻技術提供了新的可能性 (圖1)。
圖 1. Sub-5 nm嵌段聚合物的結構及其相應的SAXS,TEM表征。
PS-b-PPDFMA 嵌段聚合物可以在80℃經歷 1 min退火后快速形成自組裝結構。圖3 中為兩種不同分子量的嵌段聚合物材料，在不同時間和溫度下自組裝所得到的SAXS結果。經過分析比較，該材料在80℃, 1 min 退火后即可得到有序的組裝結構，且其特征尺寸與經歷傳統的長時間退火（如160℃, 24 h）一致(圖2)。
展開 而粒子液-液界面自組裝(即粒子從體相中游離分散的狀態到達界面以密集組裝體形式存在)過程中，卻需要 “跋山涉水”，僅有少量“佼佼者粒子”通過克服動力學和熱力學吸附勢壘，組裝于界面。那么，如果在納米粒子界面自組裝過程中，給予強大的“燃料動力”，是否可以最大限度克服動力學和熱力學吸附勢壘，實現超快速界面自組裝呢？基于這樣的思想，界面超快速自組裝能否開發成一種普適性的單層納米粒子薄膜工程化技術呢？
遺憾的是，由于難以克服的動力學和熱力學吸附勢壘，傳統液-液界面自組裝往往呈現耗時、重復性差、無法大面積制備、粒子組裝可控性差、組裝效率低等不足，并導致納米粒子界面自組裝尚未用于納米薄膜工程化技術開發，進而限制其在傳感、顯示、光電器件等領域的功能應用。
那么，克服動力學和熱力學吸附勢壘的驅動力來源于哪里呢？納米粒子的界面自組裝過程是受動力學和熱力學協同調控的(圖1a)。納米粒子疏水性(θ)在動力學及熱力學調控組裝的過程中，扮演著舉足輕重的角色。而傳統液-液界面自組裝中，粒子接觸角的調控范圍較小(~90°)，難以提供強大的驅動力來克服動力學和熱力學吸附勢壘。
鑒于此，杭州師范大學材料與化學化工學院黃又舉教授團隊在納米粒子界面超快速宏觀大面積組裝領域取得重大突破，相關研究工作以 “Instant Interfacial Self-Assembly for Homogeneous Nanoparticle Monolayer Enabled Conformal ‘lift on’ Thin Film Technology”為題發表在Science Advances （2021, 7, eabk2852）上。
展開 基此，南京工業大學材料化學工程國家重點實驗室、化工學院陳蘇教授團隊在國家自然科學基金重點基金的資助下，以微流控紡絲技術為手段原位合成了自愈合凝膠纖維，并利用原纖維間的自愈合作用力實現了1D纖維到多維織物的編織。該研究成果以“Microfluidic-DirectedHydrogel Fabrics Based on Interfibrillar Self-Healing Effects”為題發表在國際材料頂級期刊《Chemistry of Materials》（Qing Li, Zhi Xu,Xiafang Du, Xiangyun Du, Hengyang Cheng, Guan Wu, Cai-Feng Wang, Zhanfeng Cui,and Su Chen*, 2018, DOI: 10.1021/acs.chemmater.8b03579）上。
研究者通過分子設計，利用國內南京捷納思微流體紡絲機原位合成了自愈合凝膠纖維（圖1、圖2、附圖）。微流體紡絲技術由于其簡單，高效，靈活的可控性和環境友好的化學過程為凝膠纖維和纖維微反應器的連續化構造提供了強大的平臺。基于主客體作用力，凝膠纖維表現出優異的自愈合性能。研究者巧妙地利用自愈合凝膠纖維作為組裝單元，借助原纖維間的固有的超分子作用力，實現了多維纖維織物的簡單快速構筑（圖3），織物具有良好的柔性、可拉伸性能和較高的機械性能。此外，研究者將凝膠纖維與導電納米材料相結合，利用該方法成功制備了自愈合復合導線和超級電容器（圖4）。這項研究成果為多維纖維結構材料的設計和快速構筑提供了一種新思路。
展開 研究分子的螺旋自組裝不僅能夠助力我們理解天然手性的形成，也為我們制備手性傳感器、手性催化劑、手性光學器件提供有效方法。然而，目前大多數通過自下而上構建螺旋型組裝形態的報道都是采用傳統后組裝的方法，即將分子合成和分子組裝的過程從時間尺度上隔離開，但這類方法存在溶液處理步驟繁瑣、組裝濃度低的缺點。
近年來原位自組裝的策略興起，這種策略可使得分子的聚合過程和大分子的組裝同步進行，既可省略產物分離提純與溶液加工的冗長步驟，又可通過聚合參數（如反應時間或聚合度等）可控地調節組裝形態，應用廣泛。其中最具代表性的一類方法是“聚合誘導自組裝（polymerization-induced self-assembly, PISA）”。利用這種方法能夠規模化、快速制備諸如球形膠束、蠕蟲狀膠束、囊泡、甚至雙連續相等聚合物納米粒子。然而該策略也存在難以克服的瓶頸，在構建具有復雜超結構的組裝形態上，如螺旋或超螺旋結構中，難以發揮作用。
圖1. 第一類（PISA）與課題組發展的第二類原位自組裝策略（LISA）的機制對比。
近期，復旦大學閆強課題組利用合成化學中的點擊反應開發了第二類聚合物原位自組裝策略——光點擊原位自組裝（Light-click In-situ Self-Assembly, 命名為LISA），這種策略僅需兩種帶有光點擊基團的大分子作為前體，可指導前體間的點擊偶聯反應和偶聯物的組裝過程同步化，依序構建遍歷的聚合物組裝形態并通過光反應時間調控相結構演化順序（圖1）。課題組前期成功利用LISA策略獲得了對球狀粒子、柱狀粒子和囊泡體的原位裝配（詳見Macromolecules 2017, 50, 4276-4280）。
展開 【引言】
DNA納米自組裝是當下研究的熱點，它被廣泛應用于生物及化學領域。傳統的DNA自組裝技術研究中，都是先將含有DNA結構的母鏈放置在TAE+Mg緩沖體系中，加熱DNA樣品溶液至合適溫度，再緩慢降溫（退火）使含有互補的堿性末端鏈相互結合，形成新的DNA鏈結構。這一過程需要高溫、耗時久、同時緩沖體系中含有復雜的金屬離子，因此具有一定的局限性。大部分自組裝體系中有鎂離子存在，它可能會給生物酶帶來一些不利影響，因此我們積極去發展一種新的無金屬離子存在的DNA自組裝緩沖體系，順利實現DNA高級有序結構的構建，進一步拓展DNA自組裝技術的應用。
【成果簡介】
今年，合肥工業大學化學與化工學院碩導李育林教授及其研究生李永飛（第一作者）與中國科學技術大學、美國普渡大學合作，相關的科研成果以題為“Universal pH-Responsive and Metal-Ion-Free Self-Assembly of DNANanostructures”發表在國際頂級期刊Angew.Chem.Int.Ed.。作者對DNA母鏈溶液的pH不斷改變，順利完成對納米籠狀的DNA結構自組裝與拆卸過程的動態調控。這種創新型調控方法，對傳統的DNA納米自組裝技術提出新挑戰，它不需要事先設計DNA母鏈特殊結構就可實現動態控制，它順利為DNA納米材料的應用提供了廣闊前景。
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寫在前面
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關鍵詞：GROMACS；小分子；自組裝；分子動力學；回轉半徑
背景介紹
小分子自組裝過程廣泛存在于材料、生命與能源體系中，其微觀機理關乎膠束/囊泡形成、層狀有序相的出現以及功能納米結構的穩定性。相比僅觀察宏觀現象，分子動力學（MD）能在原子尺度直接揭示小分子的自組裝機理，直觀體現其自組裝過程，從而為藥物，納米材料設計提供理論依據。
本案例基于GROMACS軟件，模擬分析匹格列酮四聚體的分子自組裝過程
<p class="ql-align-center"><br></p><p><img class="ztext-gif" width="640" role="presentation" src="https://pic1.zhimg.com/v2-4535bc19aaf1c155e5894f226a8af668_b.webp" data-thumbnail="https://pic1.zhimg.com
近日，小鵬發布的人形機器人IRON。其高度擬人化的外觀設計，流暢的“貓步”姿態，一直備受全網討論。據介紹，IRON 擁有全新的「類人骨骼結構」、仿生肌肉系統以及「全覆蓋柔性皮膚」，機械感大幅降低，觀感更接近真實的人類。
關鍵技術解析
1、“大腦”
小鵬IRON：全棧自研的“擬腦”架構
核心技術：其核心是基于3顆自研圖靈AI芯片的中央計算單元，算力高達2250 TOPS。在此基礎上
<figure style="text-align: center;"><figure class="figure-image" contenteditable="false" data-img="https://img.jishulink.com/202507/attachment/b26765bcff1f488dacddd801c936c458.gif" style="display: inline-block
以下文章來源：南京日報
進入3月，南京天洑軟件有限公司（以下簡稱天洑軟件）董事長張明更加忙碌。“公司強調工業軟件在數字經濟與先進制造業融合中的關鍵作用，并已廣泛應用在能源、電力和航空等領域。”他說，公司正通過數據整合賦能制造業，并計劃進一步以科技創新強化技術優勢，加速智能化產品研發和市場推廣，以實現成為全球領先的工業人工智能企業的目標。
在人工智能時代，工業設計正經歷從“計算機輔助”
來源 | Polymer
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背景介紹
隨著集成電路芯片和電子設備小型化的快速發展，為防止芯片的熱失控，對熱管理材料提出了更嚴格的要求。此外，電子封裝材料經常會遇到應力破壞和漏電等嚴重問題。因此同時具有出色的電絕緣性和導熱性的熱界面材料成為了重點的研究方向。
然而，導熱系數的提高受到填料的含量和結構的限制。此外，當填充量高時，
本文使用兩個示例演示了如何使用ZPL創建用戶自定義解。 第一個示例介紹了如何創建ZPL解以確保序列文件中像面的曲率半徑等于系統的Petzval曲率。第二個示例介紹了如何在非序列元件編輯器 ( Non-Sequential Component Editor ) 中基于其他物體的參數來約束的物體位置。作者 Nam-Hyong Kim, updated by Alessandra Croce下載文章附件簡介求解
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