聚合誘導自組裝（Polymerization-Induced Self-Assembly，簡稱 PISA）是一種簡便高效地制備聚合物納米粒子的方法。該策略通常采用可控活性聚合技術（如 RAFT、ATRP），在溶液中逐步生成嵌段共聚物。隨著疏水嵌段鏈長的增加，聚合物在反應過程中會在溶劑中自發組裝，形成膠束、囊泡、納米線等多種納米結構。 盡管傳統的 PISA 技術主要在均相溶液體系中展開（圖1a），但其原理和優勢也引發了研究者將其應用拓展至界面的興趣。最近，澳大利亞昆士蘭大學付長奎/Andrew Whittaker團隊與吉林大學呂中元/朱有亮團隊合作，將 PISA 從溶液體系拓展至平面基底表面，提出了“表面 PISA”的全新概念（圖1b&c）。與溶液 PISA 不同，表面 PISA 是通過在固體基底表面修飾大分子引發劑，實現聚合和自組裝的原位表面構筑。研究團隊利用表面引發的光誘導電子轉移-可逆加成-斷裂鏈轉移（PET-RAFT）聚合的操作簡便性，通過實驗（圖2）和動力學模擬（圖3）系統研究了多個關鍵參數對聚合物納米結構在表面構筑的影響，包括反應時間、接枝密度、大分子引發劑鏈長以及成核單體濃度等。結果顯示，表面 PISA 在組裝行為與形貌調控上展現出與傳統溶液 PISA 明顯不同的特征，為功能表面材料的精準構建提供了一種新穎而有效的策略。
圖1：a) 使用自由大分子引發劑的常規溶液 PISA，b) 由錨定在平面上的大分子引發劑介導的表面 PISA，以及 c) 本研究中用于建立表面 PISA 的化學方法。
圖2：不同反應時間下表面 PISA 在硅晶片表面形成的聚合物納米粒子的 a) 形貌，b) 尺寸，c) 厚度，以及d)表面粗糙度。 圖3：不同接枝密度下表面PISA的DPD模擬揭示聚合物納米粒子在表面的形成情況。 本工作進一步探索了表面 PISA 在抗污和抗菌方面的應用。首先，表面 PISA 所形成的聚合物納米結構較傳統高分子刷具有更出色的抗細菌粘附性能。隨后，該團隊通過表面 PISA 所形成的粗糙形貌，浸潤潤滑液體（硅油），在材料表面構建出光滑穩定的液體薄膜，從而形成了 “超滑”表面（圖3a），也就是 SLIPS（slippery liquid-infused porous surfaces）。測試表明，這種 SLIPS 表面對水滴、飲料以及極性有機溶劑等液體都表現出極強的滑移性（圖3b），同時幾乎完全阻止了細菌的附著 (圖3c)。這一成果為制造低成本、高性能的抗污表面提供了新思路。作者也嘗試通過表面PISA技術來包裹抗生素，賦予材料表面抗菌的性能。 圖3：通過表面 PISA 實現的 超滑界面（SLIPS）及其在抗細菌粘附的應用。 總的來說，該工作把原本主要在均相溶液體系中進行的PISA 技術成功拓展到平面表面，不僅能精確調控表面納米結構，還能有效改善材料的防污和抗菌性能。通過模擬與實驗，揭示了影響表面 PISA 形成的重要因素，并展示了其在抗菌藥物遞送和創新型 SLIPS 防污表面開發中的應用潛力。這項研究為 PISA 技術開辟了全新的應用場景，也為未來高性能功能材料的設計提供了新思路。 論文信息 Polymerisation-Induced Self-Assembly on Planar Surfaces: A New Approach for Controlling Surface Topography and Modulating Material-Bio Interactions Xin Xu, Jia-Qi Xu, Assoc. Prof. You-Liang Zhu, Dr. Yixin Chang, Yuhao Zhang, Dr. Hui Peng, Prof. Zhong-Yuan Lu, Prof. Andrew Whittaker, Dr. Changkui Fu Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202507194
