*本文只做阅读笔记分享*

一、研究背景

嘿，大家好！在材料科学的研究里，有个超厉害的技术——活体结晶驱动自组装（CDSA），它能造出超复杂又均匀的聚合物微观结构，在好多领域都大有用处！可大家一直不太清楚怎么精准控制这个自组装过程。

最近，科学家们找到了个好办法，用干涉散射（iSCAT）显微镜来实时观察，这到底是怎么做到的呢？咱们一起去瞧瞧！

二、CDSA技术原理与意义

CDSA是通过从均匀的晶种开始生长，实现复杂纳米结构的自组装。就好比搭积木，从一个固定的起点开始，一点点搭出超复杂的造型。这种技术能做出各种复杂的纳米结构，在药物递送、胶体稳定、催化、光电子学和信息存储等好多领域都发挥着关键作用。

但要想把CDSA的潜力都挖掘出来，就得搞清楚这些纳米粒子是怎么生长的，以及怎么控制这个自组装过程。

三、现有研究方法的局限

以前研究CDSA大多是通过整体性质来推测动力学，像光散射只能知道CDSA胶束的平均大小，没办法了解单个纳米粒子生长的差异，也没法直接知道粒子的形态。

透射电子显微镜（TEM）虽然常用，但只能拍个“快照”，记录粒子生长时的大小分布，没办法追踪单个纳米粒子的变化。

还有溶液相原子力显微镜（AFM），会有尖端诱导纳米纤维断裂的问题；荧光显微镜虽然能观察，但需要标记，还会影响CDSA的动力学，而且空间分辨率也有限。

这些方法都有各自的不足，所以急需新方法。

四、iSCAT显微镜介绍及应用优势

为了解决这些问题，科学家们把iSCAT显微镜用到了CDSA的研究里。

iSCAT是一种不需要标记的技术，能达到单分子分辨率。它的原理是利用物体散射光和玻璃-样品界面反射光的干涉。

和传统干涉法相比，它对环境要求没那么高，能在不太严格控制的环境下工作，而且横向和轴向分辨率都不错，还能达到很高的时间分辨率，长时间观察也不会出现光漂白的情况。基于这些优势，科学家们觉得它能在CDSA研究里发挥大作用。

五、iSCAT显微镜在CDSA研究中的实验应用

5.1 实时监测活体CDSA

实验开始啦！科学家们先把聚（ε-己内酯）-b-聚（N，N-二甲基丙烯酰胺）（PCL-b-PDMA）的多分散纤维变成均匀的种子，再通过旋涂把种子固定在盖玻片上，加上反应腔，准备好就可以开始实验。往反应腔里加入单体溶液，用iSCAT显微镜实时观察。

在观察1D纤维生长时，能看到单体加入后，纤维均匀地伸长；观察2D血小板生长时，能看到六边形的血小板在表面出现，还会随着反应长大。而且，在血小板生长早期，虽然它的尺寸小于衍射极限，但通过粒子对比度的变化也能知道它的生长情况。

5.2 与其他表征方法的比较

为了看看iSCAT显微镜靠不靠谱，科学家们把它和AFM、TEM、CLSM这些传统方法做了对比。

他们用这些方法分别对荧光标记的血小板进行测量，发现iSCAT显微镜得到的血小板形态和面积信息和其他方法差不多。

不过，血小板形成速度很快，AFM、TEM、CLSM有时候都跟不上它的变化速度。

5.3 血小板生长动力学研究

科学家们为了搞清楚CDSA的动力学，用了一种新的动力学模型。通过这个模型，他们研究了单体浓度、种子浓度和溶剂条件对血小板生长的影响。

结果发现，单体浓度越高，血小板长得越快，最后面积也越大；种子浓度越高，血小板最终尺寸越小；加入四氢呋喃（THF）这种溶剂，会抑制血小板生长，而且还会影响它的形状。总的来说，这个模型能很好地解释实验观察到的现象。

5.4 通过边缘导向血小板生长进行顺序成分控制

iSCAT显微镜对物体厚度和折射率的变化特别敏感，利用这个特点，科学家们研究了多环血小板的形成。他们通过依次添加不同的单体，做出了多环血小板。

实验发现，不同组成的环在iSCAT显微镜下的对比度不一样，这是因为聚合物组成不同，导致折射率和厚度有差异。

而且，通过观察多环血小板的生长，还能发现不同环的生长动力学不一样，这就说明iSCAT显微镜不仅能看到尺寸和形态信息，还能探测到纳米级的表面信息。

六、研究总结与展望

这次研究用iSCAT显微镜成功观察了CDSA的过程，得到了很多有用的信息，像CDSA动力学和各种因素的关系，还有多环血小板的生长情况。不过，iSCAT显微镜也有一些局限，比如视野有限，只能在表面附近研究。但它还是很有潜力的，未来通过改进方法，说不定能在更复杂的CDSA过程研究里发挥更大的作用。希望以后科学家们能利用这些发现，更好地控制CDSA，做出更厉害的纳米材料！

七、一起来做做题吧

1、关于活体结晶驱动自组装（CDSA），下列说法正确的是？

A. 只能形成 1D 纤维结构

B. 是一种自下而上构建聚合物微观结构的方法

C. 不需要晶种就能开始自组装

D. 目前主要应用于信息存储领域

2、以往监测嵌段共聚物自组装的方法中，存在的主要问题是什么？

A. 所有方法都无法测量粒子尺寸

B. 不能从整体性质推导动力学

C. 对单个纳米粒子生长的异质性不敏感

D. 都需要对样本进行荧光标记

3、干涉散射（iSCAT）显微镜能够用于研究 CDSA 的原因不包括以下哪一点？

A. 具有单分子分辨率

B. 对环境因素不敏感

C. 能实现长时间的光漂白

D. 可达到较高的时间分辨率

4、在研究 2D 血小板生长时，发现下列哪种情况会导致血小板最终尺寸变小？

A. 增加单体浓度

B. 增加种子浓度

C. 添加四氢呋喃（THF）

D. 提高反应温度

5、关于多环血小板的形成，下列说法正确的是？

A. 多环血小板只能由一种单体形成

B. iSCAT 显微镜无法区分不同环的对比度差异

C. 不同环的生长动力学没有差异

D. 可以通过依次添加不同单体来制备

参考文献：

Guo, Y., et al. Real-time label-free imaging of living crystallization-driven self-assembly. Nat Commun 16, 2672 (2025).