新型有机纳米粒子展现出多样化应用的潜力

纳米粒子具有广泛的应用，从药物输送到电子产品再到空气净化。它们的小尺寸和可调特性使其在技术进步和科学研究方面特别有价值。当由纳米粒子制成的聚合物接枝在一起时，材料的功能可以得到改善

有机纳米粒子（oNP）在化学上比无机纳米粒子更通用，允许功能化和定制以适应特定的生物医学和技术应用，然而，现有材料在机械性能和化学可调性方面受到限制

《美国国家科学院院刊》（PNAS）最近发表的一项研究考察了oNP的过度分支和化学交联的影响，这是两种组合机制实现密集键合网络的过程。

由卡内基梅隆大学化学系的Krzysztof Matyjaszewski和材料科学与工程系的Michael Bockseighter领导，这项研究的结果展示了调节功能属性和弹性性能的能力，使这种新颖的“自下而上”方法适用于为广泛的应用创造功能材料。这项工作得到了能源部基础能源科学办公室的支持，并与休斯顿大学和德国马克斯·普朗克聚合物研究所的研究人员合作进行，推进了对控制oNP性质的参数和使其合成的化学方法的基本理解

“通过这些过程的结合，我们已经能够证明有机纳米粒子表现出无机型刚性的能力，”Bockseighter说

这项研究的第一作者、化学博士生尹荣冠开发了一种使用原子转移自由基聚合（ATRP）合成功能性纳米粒子的新颖而精确的方法，实现了对oNP结构和性能的高级控制

Matyjaszewski说：“事实上，由ATRP功能化的有机纳米粒子设计和精确制备的是摩尔质量达到1亿道尔顿的新型巨型单大分子。”

新oNP体系的一个重要特征是其大分子引发剂特性，可实现多种接枝改性。由此产生的刷系oNP通过直接组装或集成，在一系列纳米材料技术中解锁了创新应用

Bockslater说：“这项工作中概述的功能的结合为有机纳米粒子进一步改善材料的光学性能打开了大门。”

Bockstaller和Matyjaszewski小组即将进行的研究将以这项研究为基础，进一步探索这类新型oNP的功能化机会，如荧光，并测量其在实际应用中的性能 More information: Rongguan Yin et al, Organic nanoparticles with tunable size and rigidity by hyperbranching and cross-linking using microemulsion ATRP, Proceedings of the National Academy of Sciences (2024). DOI: 10.1073/pnas.2406337121

Journal information: Proceedings of the National Academy of Sciences