Self-Assembly: From Surfactants to Nanoparticles

作者：Ramanathan Nagarajan(编者)

出版：Wiley

索书号：Q7/S465/ 2019/Y

ISBN: 978-1-119-00136-2

藏书地点：武大外教中心

自组装最早是由James McBain在100年前的经典胶体科学中发现的，当时他发现了肥皂分子的多分子聚集物的自发形成。在最初发现后的近80年里，自组装研究主要由经典肥皂和表面活性剂分子主导，在这一时期的后半段，对高分子量嵌段共聚物体系的研究也很普遍。然而，“自我组装”一词直到1966年才出现在文献中，这是由Web of Science搜索发现的。在接下来的十年中，这个术语开始出现在出版物中，但每年出现的次数不到10次，而且只用于描述蛋白质或病毒亚单位的自我组装。第一次使用这个术语来描述两亲性系统是在israel vili, Mitchell和Ninham的经典论文《碳氢化合物两亲性自组装成胶束和双层的理论》中。从那时起，文献中出现了大量的引用了自我组装术语的研究。

在过去的20年里，自组装的研究已经成为一个独特的领域，涵盖了更大、更复杂的分子和纳米颗粒系统。自组装的研究已经远远超出了表面活性剂和嵌段共聚物，并已应用于肽的双亲分子，DNA双亲分子，蛋白质-聚合物共轭物和纳米颗粒。分子的自组装创造纳米粒子，纳米粒子的自组装创造新材料或设备，生物细胞及其组件的自组装促进基本生命功能，蛋白质的自组装导致神经退行性疾病，分子/粒子的自组装，用于药物传递、成像、分子诊断和治疗等纳米医学应用，以及作为加工方法设计材料的自组装，如智能响应材料和自愈合材料，所有这些都使自我组装成为一个非常重要的话题，并确保了它的持续增长。

第一章从头尾结构的角度讨论了两亲体系中低分子量表面活性剂和高分子量嵌段共聚物自组装行为的本质相似性。表面活性剂自由能模型强调头部而忽略尾部，与嵌段共聚物自由能模型强调尾部而忽略头部形成对比。这种差异一旦得到解决，就可以对自组装进行统一处理。基于头尾的自由能模型被认为是一种描述各种非经典两亲性系统的自组装现象的方法，其中包括树枝状大分子、DNA、多肽、蛋白质和纳米颗粒作为关键的头或尾组件。

第二章致力于在溶液中形成可逆空间网络的强生长和分枝的蠕虫状胶束的自组装系统。网络可逆性和可控性粘度使这种系统在许多应用中非常有用，如减阻、油漆、自愈合和涂料。用链状团聚体的断裂和重组动力学理论解释了胶束溶液的粘弹性与其结构的关系。这章讨论了非离子型和离子型胶束的生长、静电刚性、支化效应以及表面活性剂浓度对粘度的影响。

第三章回顾了氧化还原活性和光响应表面活性剂的自组装方法，这些方法已被用于实现对水体系的界面和体性质的空间和时间控制，包括表面活性剂与生物分子的相互作用。表面活性剂上刺激响应官能团的切换被证明可以调节水体系的表面张力，诱导表面张力梯度驱动流，改变表面活性剂在体溶液中的聚集状态。允许时间控制DNA跨细胞膜的运输，并实现基于表面活性剂的微流体的空间控制系统。

第四章强调了自组装对生命过程的重要性。关于两亲体在水环境中的自组装的知识被转化为对脂质如何与细胞的形成、细胞身份、细胞功能以及细胞死亡有独特联系的理解。第五章展示了如何动态地操纵自组装。它发展了利用生物分子，特别是多肽和核酸，对合成组件的形成进行编程的概念。生物分子被用来作为识别元素，使分析探针或功能系统能够在生命系统中执行感觉和反应过程的构建。重点是使用多肽和核酸作为编程元素。举例来强调编程元素控制特性的能力，如胶束形成、形态、结合、反应性和空间组织。

蛋白质类似胶束(PAMs)产生自组装的肽偶联到脂尾或肽两亲分子在第六章讨论。第七章探讨了通过将蛋白质作为一个嵌段共聚物合并到材料中来控制蛋白质自组装的方法，创建蛋白质共轭嵌段共聚物。蛋白质的折叠构象对材料的纳米结构形成有显著影响。本章重点介绍蛋白质-共轭嵌段共聚物的自组装物理原理，并根据蛋白质嵌段的形状对生物偶联物进行分类:棒状蛋白质、可结晶蛋白质、环状蛋白质、螺旋状蛋白质和球状蛋白质。对每一种形状的自组装热力学进行了总结，并强调了指导新材料发展的一般原则。第八章讨论了具有独特性能的新型材料的设计和创造，其中DNA-纳米粒子自组装起着关键作用。能够独立地改变系统的单个组件，如纳米颗粒的形状、大小和组成，以及DNA长度、序列和涂层密度，从而形成一个高度可定制的系统。第九章讨论了利用自组装脂质囊泡来调控转运纳米颗粒的有趣现象。第十章描述了“巨型表面活性剂”，这是一种类似于经典表面活性剂的物质，但它的头团是一个或多个纳米分子。本章探讨控制其自组装的普遍原则，以便为技术相关应用的新功能材料的合理设计和操作提供指导。

《自组装：从表面活性剂到纳米颗粒》一书于2019年由Wiley出版社出版，作者是Ramanathan Nagarajan。

《自组装：从表面活性剂到纳米颗粒》一书中，专家研究人员介绍了从表面活性剂到纳米颗粒的自组装及其在各个领域的应用，讨论的主题主要包括从表面活性剂到纳米粒子的自组装，自组装成分支和网络，多种表面活性剂的自组装，自组装与原始膜形成，自组装在蛋白质和DNA等生物分子中的应用。《自组装：从表面活性剂到纳米颗粒》一书从各个方面讲解了自组装的原理与应用，旨在为想要运用自组装到相关领域中的研究人员提供专业方法的介绍以及方法技术指导。

《自组装：从表面活性剂到纳米颗粒》一书作为物理化学专业研究读物，观点新颖独到，内容饱满详实、语言浅显易懂，除此之外，还包括一些其他的特点：

1、这本书介绍了从自组装系统的基本原理和应用到学术科学家、工业科学家和工程师的内容。在它的十章里，考虑到了影响自组装系统形成和特性的基本的物理化学原理。综述了可用于表征自组装系统性质的重要实验技术，特别是纳米、中观或微尺度下分子组织和结构的性质。讨论了自组装纳米粒子的合成和功能化，以及纳米粒子进一步自组装成一、二或三维材料。讨论了自组装结构的许多潜在应用。

2、每个部分都分为很多的小章节，每个章节都是由相关领域的专业人士所撰写，因此，本书讲解既详细又专业，我们能够从中了解到自组装这个新兴的研究方法以及最新的前沿进展。

3、本书为自组装领域的新研究人员提供了一个有效的入口，同时也评估了这些不同的自组装系统的最前沿的理解。这本书提供了第一个包括多肽，DNA和蛋白质在内的多种生物分子的自组装的详尽的说明。

总的说来，《自组装：从表面活性剂到纳米颗粒》一书为想要了解自组装在不同领域中的应用的研究人员提供了清晰的导读路径，作为物理化学领域的一本前沿研究图书，是一本值得为想要涉足该领域的人员推荐的专业书籍。

本书目录：

撰稿者名单

前言

致谢

第1章从表面活性剂到纳米粒子的自组装-头与尾

Ramanathan Nagarajan

第2章自组装成分支和网络

Alexey I. Victorov

第3章反应性表面活性剂的自组装

Timothy J. Smith and Nicholas L. Abbott

第4章自组装与原始膜形成：稳定性与动态性之间的关系

Martin M. Hanczyc and Pierre-AlainMonnard

第5章用生物分子设计微胶粒

Matthew P. Thompson and Nathan C. Gianneschi

第6章蛋白质类似胶束

Lorraine Leon andMatthew Tirrell

第7章蛋白质-聚合物偶联物的自组装

Xuehui Dong, Aaron Huang, Allie Obermeyer, and Bradley D. Olsen

第8章 DNA可编程纳米颗粒组装的多尺度建模与仿真

Ting Li, Rebecca J.McMurray, and Monica Olvera de la Cruz

第9章利用自愈囊泡到拾起、运输和掉落Janus粒子上

Xin Yong, Emily J. Crabb, Nicholas M. Moellers, Isaac Salib, Gerald T.McFarlin, Olga Kuksenok, and Anna C. Balazs

第10章巨型表面活性剂溶液自组装：分子结构的探索

Xue-Hui Dong, Yiwen Li, Zhiwei Lin, Xinfei Yu, Kan Yue, Hao Liu, Mingjun Huang,Wen-Bin Zhang, and Stephen Z. D. Cheng

致谢

参考文献

索引

胡萌欣武汉大学生命科学学院博士