胶体颗粒的精准自组装为多尺度、多功能材料提供了可能。在胶体颗粒上引入“补丁”（patch）并编码丰富的信息（如不同化学成分、形状等）可以引导颗粒通过补丁有方向、有选择地相互作用，从而实现自组装的精准控制，并设计有序的超结构。

然而，普通的补丁一般从球形颗粒衍生而来，呈高度对称的弧形，因此在组装的过程中无法准确锁定颗粒的空间位置和旋转自由度，自组装的可控性受到影响。一般来说，自由度越低，得到的构型数目越少，组装的精准性越高。

近日，香港大学的王宇锋（点击查看介绍）课题组提出了“低对称性补丁颗粒”策略：引入低对称性的多边形补丁可以控制胶体颗粒在组装时的连接价态、位置和旋转自由度。他们结合MOF材料设计合成了一种全新的补丁粒子并引入具有高度选择性的“液体胶水”桥接方法，实现了胶体颗粒的精准自组装。

在该工作中，作者选用两种不同的MOF（MIL-96 和UiO-66）,巧妙地运用晶体外延生长（heteroepitaxial growth）的方式，选择性地在多面体MIL-96上引入了两个六边形的UiO-66平面补丁，并合成了各式各样的补丁MOF颗粒。研究机理发现，MIL-96中两个（0002）面的结合位点能有效地键合UiO-66结构中（111）面排列的自由Zr-O团簇。这使得外延生长过程中，UiO-66完美地继承了来自MIL-96（0002）面的六边形形状。通过这种方法，补丁上被赋予了化学组分差异、低对称形状等信息。

通过运用补丁MOF颗粒上补丁化学组分的差异，作者再次选择性地在六边形补丁上引入“液体胶水”，并通过毛细作用力将胶体颗粒定向地桥接起来。有趣的是，由于“液体胶水”的润滑性，颗粒相互连接之后会绕着MIL-96的C6轴转动并重新定向，直到两块六边形补丁完全重合并达到最稳定的构型。组装和重定向过程都可以在显微镜下观察到。

这种组装方式准确地连接了各个胶体粒子，并且固定了他们的方向，进而得到了颗粒朝向统一的一维链状结构。作者还研究了补丁MOF颗粒自组装时的动力学性质。例如桥接过程中偏角和位移导致的超结构缺陷的形成以及消除过程。

该工作第一次将具有多面体的MOF还有外延生长引入胶体颗粒体系进行组装，为胶体颗粒的精准自组装提供了新的模型和设计思路；同时，由于MOF特有的框架和多孔结构，其自组装也推动了超级框架结构的研究。

文章的共同第一作者是香港大学的博士生吕登萍和徐威。作者：X-MOL