液晶纳米颗粒（LC NP）因其各向异性的结构和独特的光电响应特性，在生物医药、先进显示、传感和软机器人等领域展现出巨大潜力。然而，传统制备方法在大规模生产和精确控制纳米颗粒形貌及尺寸方面存在局限。近日，华南理工大学王林格教授团队研究成果，结合动力学捕获效应（kinetical trapping），首次利用聚合诱导自组装（PISA）技术，成功制备出具有明显双折射效应的液晶聚合物各向同性球形纳米颗粒，在材料科学期刊《Small》上发表。

  该研究通过过长聚2-(二甲氨基)乙基甲基丙烯酸酯（PDMA）亲溶剂链段触发动力学捕获效应，在醇溶剂进行可逆加成断裂链转移（RAFT）聚合，获得以本体具有液晶性质的聚6-((4-氰基-4’-联苯)氧基)己基甲基丙烯酸酯（PMA6CB）为成核嵌段的两嵌段共聚物纳米颗粒。经小角X射线散射方法（SAXS）确认，球状粒子为球状胶束，其内部成核链段PMA6CB以直链形式存在（图1），因此具有类似溶致性液晶分子自组装行为，从而导致该纳米颗粒在通过简单溶液挥或喷涂后进行简单堆积，无需进行其他任何额外操作，即可获得双折射效应（图2）。

图1 PDMA₅₅-PMA6CB嵌段共聚物纳米粒子的SAXS结构分析结果及纳米颗粒示意图

图2 PDMA₅₅-PMA6CB嵌段共聚物纳米粒子的TEM形貌表征图片及其对应的纳米颗粒溶剂常温下挥发后的POM图片

  为了确认双折射效应来源于球状胶束内部的刚性PMA6CB直链的径向分布排布，研究人员进一步引入聚甲基丙烯酸苄基酯（PBzMA）嵌段，获得PDMA-PMA6CB-PBzMA三嵌段共聚物胶束。通过SAXS方法确认，PBzMA影响或破坏球状胶束内部的相行为（图3）。然而，这种相行为的改变并非PBzMA削弱或消除原球状胶束双折射效应的原因。进一步通过SAXS分析，研究人员发现双折射效应的改变来源于三嵌段胶束间的融合，而该融合效应削弱了PMA6CB刚性直链的径向取向程度，因此导致双折射效应的削弱或消除。

图3 三嵌段共聚物PDMA₅₅-PMACB₅₁-PBzMA的SAXS表征曲线与拟合分析结果，以及PDMA₅₅-PMA6CB与PDMA₅₅-PMA6CB-PBzMA纳米粒子的标度指数对比

  以上研究表明过长的PDMA链段触发的动力学捕获效应是该液晶球状胶束形成的原因，但使用无规共聚方法改变成核链中MA6CB与BzMA的排列是可以触发蠕虫状胶束和囊泡的形貌转变（图4）。基于SAXS对形成的聚集体类型与形貌进行表征，研究发现：MA6CB单元的数量主要影响核域的大小，而BzMA单元的数量则独立地主导着最终纳米颗粒的整体形貌。因此，值得注意的是，该体系中囊泡的生长方式呈现“向外生长”模式，膜厚基本保持不变，这与已知的囊泡生长机制有所不同。

图4 通过PISA制备的PDMA₅₅-P(MA6CB_i-co-BzMA_j) 无规共聚纳米粒子的TEM形貌图和对应的偏光显微镜图片以及SAXS表征和拟合曲线

  这项研究的价值在于多方面的突破：它提供了一种在高固含量（10% w/w）下，一步法、高效且可规模化制备液晶纳米颗粒的新方法；首次通过实验直接揭示了PISA制备的球形纳米粒子核内液晶聚合物伸直的主链构象，并确立了该构象是产生双折射的核心物理机制；同时，通过巧妙地引入柔性PBzMA或采用无规共聚的策略，实现了对纳米颗粒光学性能（双折射开关）和最终形貌的有效调控。这些发现为按需设计和制备具有特定光学性质与结构的先进功能纳米材料提供了全新的思路和坚实的科学基础。未来，这种基于PISA动力学捕获和链构象调控的策略，有望应用于更多种类的液晶功能单体，在光子晶体、智能光学涂层、先进防伪技术和生物医学成像等前沿领域展现出巨大的应用潜力。

  该工作以“Forming Kinetically-Trapped Liquid Crystalline Spherical Nanoparticles During Polymerization-Induced Self-Assembly”为题发表在《Small》上（Small, 2025, 2506077）。文章第一作者是华南理工大学博士研究生张蕴婕和硕士研究生梅芷晴，本文通讯作者为华南理工大学博士后廖国行博士和华南理工大学王林格教授。该研究得到国家自然科学基金，广东省基础与应用基础研究基金，广州GJYC项目和中国博士后科学基金的支持。

  原文链接：https://doi.org/10.1002/smll.202506077