第一作者：Kai Ma

通讯作者：Ulrich Wiesner

第一单位：康奈尔大学（美国）

研究亮点：

1.自组装得到尺寸约10 nm的高度对称、超小尺寸SiO₂纳米笼。

2. 通过冷冻电镜和单颗粒3D重构技术确认这种纳米笼的存在，这已经不是单颗粒3D重构技术首次运用在无机纳米材料领域。

2.组装方法具有优异的普适性，可以很容易拓展到其他各种无机纳米笼的体系。

纳米合成的黄金十年早已不在，如今想要在纳米合成上有所突破，不是做Library，就是要有高超的技术手段。作为纳米合成中的重要手段，自组装使DNA、RNA或蛋白质得以构建高度对称的多面体纳米笼结构，在生物和医药领域发挥重要应用。其中，冷冻电镜技术和单颗粒3D重构技术是这类研究的两大关键。但是，单颗粒3D重构技术一直以来都应用于有机生物体系，还没有拓展到无机纳米材料领域。

有鉴于此，美国康奈尔大学Ulrich Wiesner团队结合冷冻电镜和单颗粒3D重构技术，实现了高度对称、超小尺寸、十二面体无机纳米笼的普适性自组装。

图1. 十二面体无机纳米笼结构

研究人员首先以CTAB/TMOS/TMB形成胶束，调节初始pH到8.5，然后反应后的pH降低到中性。更低的pH加速硅烷凝聚，得到2 nm左右的SiO₂团簇。合成的关键在于，前驱体的快速水解和凝聚。

经过透射电镜、冷冻电镜的观察，以及单颗粒3D重构等技术，研究人员确认了十二面体无机纳米笼结构的存在。至于纳米笼的形成，则是由于带负电荷的SiO₂团簇倾向于吸附到正电荷的CTAB胶束表面，以胶束作为模板进行自组装得到。

基于以上认识，研究人员成功将这种自组装技术拓展到其他无机纳米材料领域，实现了Au、Ag、V₂O₅等多个体系，得到了高度对称的相关纳米笼结构。

图2. SiO₂纳米笼的透射电镜和冷冻电镜表征

图3. 十二面体SiO₂纳米笼的单颗粒重构

图4. 普适性拓展到Au、Ag、V₂O₅

总之，这项研究为硅基无机纳米材料的构筑，提供了全新的思路和系列化构筑单元，并将为医药领域带来全新的发展。

参考文献：

KaiMa, Ulrich Wiesner et al. Self-assembly of highly symmetrical, ultrasmallinorganic cages directed by surfactant micelles. Nature 2018.