大组装基元的形状和强相互作用指导的精确自组装

Proteins are large, complex molecules. Their unique shapes and special interactions direct them to self-assemble into large, complex viruses that have an unusual nanostructure. Inspirited by protein-to-virus self-assembly, we will design and synthesize large building blocks with unique shapes and specified interactions and then study their self-assembling process and self-assembled nanostructures. In our study, we will select polyoxometalate (POM) clusters and polyhedral oligomeric silsesquioxanes (POSS) as raw material to construct large building blocks with desired shapes. After a precise control of their chemical structures, shapes, and interactions, we can edit their self-assembling process, then create precisely controlled nanostructures, and finally generate novel nanomaterials with unique functions and properties. We expect that this investigation will provide some original findings for opening up a new way for self-assembly study.

蛋白质是巨大的、复杂的分子。它们具有的独特形状和特定相互作用指导着它们自组装成大的、罕见的纳米结构的病毒。受“蛋白质-病毒”自组装过程的启发，我们计划设计和合成具有独特的形状和特定相互作用的大组装基元，并研究它们的自组装过程和纳米结构。在研究工作中，我们选择大分子量的、具有三维形状的多金属氧酸盐簇（POM）和笼型倍半硅氧烷簇（POSS）作为起始原料，并通过合理的分子设计来构筑具有希望形状的大组装基元（xPOM-yPOSS）。当精确地控制了xPOM-yPOSS大组装基元的化学结构、几何形状以及强相互作用的POM簇的位置和数目后，就能够编辑它们的自组装过程，创造出精确控制的新型纳米结构，发展特异功能和性质的新型纳米材料。我们期望通过实施这项研究工作获得有原创性的研究结果，为自组装科学研究提出新颖的学术思想。

受病毒自组装过程的启发，我们设计和合成了具有独特的形状和特定相互作用的大组装基元，并研究它们的自组装过程和纳米结构。在研究工作中，我们选择大分子量的、具有三维形状的多金属氧酸盐簇（Polyoxometalates, POM）和笼型倍半硅氧烷簇（Polyhedral oligomeric silsesquioxane，POSS）作为起始原料，并通过合理的分子设计来构筑具有希望形状的大组装基元即异质团簇[Heteroclusters，POM-OL-nPOSS，OL为Organic Linkers（有机连接链）的缩写，n = 1-4]。当精确地控制了POM-OL-nPOSS大组装基元的化学结构、几何形状以及强相互作用的POM簇的位置和数目后，编辑它们的自组装过程，创造出精确控制的新型纳米结构，例如介观蜂巢、内部结构为双钻石结构的立方相囊泡、多壁纳米管、胶体洋葱和类似冠状病毒的纳米粒子等，说明我们实现的我们预计的目标。