针对上述挑战，天津大学宋东坡课题组联合中国石油石油化工研究院，提出一种基于分子“搭积木”理念的拓扑调控新策略，成功构筑了超分子嵌段共聚物刷（SBBCP）。该策略巧妙地引入主客体识别作用作为侧链接枝机制，在弱极性有机溶剂中实现了聚合物侧链的可逆装配。相比传统共价连接方式，这种非共价调控手段不仅简化了合成流程，还赋予分子结构更高的响应性与可编程性，为构建具有精细拓扑结构的高性能功能材料提供了通用平台。

图1. 超分子嵌段共聚物刷自组装制备多孔光子微球示意图

  如图1a所示，所构建的线形主链含有二茂铁基团（客体），可与聚苯乙烯-β-环糊精（PS-β-CD，主体）通过主客体识别作用形成稳定非共价连接。通过调节主客体比例，可在不改变化学组成的前提下，精准构筑具有不对称、对称或反向不对称拓扑结构的SBBCP，实现对“分子刷”构象的可编程调控。该超分子体系在弱极性溶剂中表现出优异的热力学稳定性，主客体结合点在界面吸附过程中依然保持稳定，使其能够在水包油包水（W/O/W）复杂乳液体系中实现高度可控的自组装行为。具体而言，SBBCP首先吸附于油水界面，降低界面张力并诱导自发乳化过程，生成稳定的W/O乳液滴。随后，在溶剂逐步挥发的过程中，微滴之间在熵驱动下自发排列并形成短程有序结构，最终获得高度均一的多孔光子微球。

图2. 超分子嵌段共聚物刷乳液自组装结构表征

  研究团队通过调节主客体比例，借助有序自发乳化（OSE）机制，成功实现了自组装微球孔径在前所未有的 67?nm 至 1.92?μm 范围内的连续可调（图2j），远超传统共价嵌段共聚物刷通常受限的 100-400?nm 周期尺度（图3）。这一结构调控能力的突破显著扩展了材料的光子带隙范围，使其从可见光区域进一步拓展至理论上的中波红外（MWIR）波段，在光学传感、红外成像、智能光控等前沿领域展现出广阔应用前景。展望未来，该策略有望进一步拓展至多种功能性侧链与响应型基团的引入，构建具有可逆调控能力的超分子光子材料，为可穿戴设备、智能光控系统及仿生结构色材料提供通用而高效的构筑平台。

图3. 共价体系与超分子嵌段共聚物刷体系对比

  博士研究生刘德志是该论文的第一作者，宋东坡教授为通讯作者。该项工作得到国家自然科学基金（No. 52273214 & 61905121）、国家重点研发计划（No.2024YFF1206200）和中国石油天然气股份有限公司的资助。

  论文信息： Bridging Nano to Micron: Architectural Engineering of Supramolecular Bottlebrushes for Extensively Tunable Structures and Photonics

  Dezhi Liu,Zhenli Zhang, Yu-Xia Zhang, Yue-Sheng Li, Dong-Po Song*

  Angew. Chem. Int. Ed.2025, e202503633.

  论文链接：https://doi.org/10.1002/anie.202503633