| Burke 和 Cassio Lynm] | BUILDING BLOCKS | PROCESSPROPERTIES | NANOFILM PROPERTIES |
| LbLASSEMBLY TECHNOLOGY | Substrates | Substrate sizes* | Layer materials | Time per layer | Automated | Layer (current status) thickness, nmt nm | Roughness, Layer | |
| Immersive | 10 nm-1 m | | 10 s-12 h | | <1-15 | 1-20 | structure Interpenetrated |
| Dipping (2,25) | Planar 1-100 mm | Polymers, colloids | 10-30 s (32) or 10-20 min (26) | Yes | 1-2 (25, 26) | 1-10 (44, 49) | |
| Dewetting (8) | Planar 1-10 mm | | Polymers, colloids 30-60 s (8) | No | 1-2 (8) | NR | |
| Roll-to-roll (9) | Flexible planar 100 mm-1 m | Polymers | 2-5 min (9,34) | Yes | 1-15 (9, 34) | 15-20 (9,34) | |
| Centrifugation (5, 6) Calculated saturation | Particulate | 10 nm-10 μm | Polymers, colloids | 20+ minl (5, 6) | No | 1-2 (5, 10) | 3-10 (23, 94) | |
| Particulate | 100 nm-1 μm | Charged polymers | 5-10 min (39) | No | 1-2 (39) | NR | |
| Immersiveimmobilization Particulate | 100 nm-1 μm | Polymers | 40-50 min (33) | Yes | <1 (33) | NR | |
| (33) Creaming (11) | Emulsion | 10 nm-1μm | Polymers, colloids | 0.5-12 h (11, 36) | No | 1-7 (36, 38) | NR | |
| Spin | 1-100mm | | 10 s-5 min | | <1-2 | 1-10 | Stratified |
| Spin (14, 42, 43) | Planar 1-100 mm Planar | | Polymers, colloids 10-60 s (43) | Yes | <1-2 (42) | 1-10 (44, 46) | |
| High gravity (15) | 1-10 mm | Polymers, colloids | 20 s-5 min (15, 49) | No | NR | 1-2 (49) | |
| Spray | 10 nm-10 m | | <1 s-24 h | | <1-15 | 1-10 | Stratified |
| Spray (16,52) | Planar | 1 mm-10 m Polymers | <1-30 s (59) | Yes | | <1-5 (16, 51) 1-10 (51) | |
| Atomization (17) | None 10-100 nm | Charged polymers | 12-24 h (17) | No | 5-15 (17) | NR | |
| Spray immobilization (63) | Particulate 10-100nm | Polymers | 5-10 s (63) | Yes | 2-4 (63) | NR | |
| Electromagnetic | | 10 nm-100 mm | | 1 s-20 min | | 1-20,000 | 10-30 | Stratified |
| 67,73) Magnetic (19,76) | Electrodeposition(18,20, Planar | 1-100 mm | Polymers, colloids | 1 s-20 minI (65, 71) | No | 2-20,000 (20,67,71) | 10-30 (66, 70) | |
| Electro-immobilization(13) | Planar and Particulate | 10 nm-100 mm | Polymers, colloids 15-20 min (19, 76) | No | 1-2 (19, 75) | NR | |
| Fluidic | Particulate | 10 nm-1μm | Charged polymers | 15-20 min (13) No | 2-3 (13) | NR | |
| Microfluidic planar (22) | 100 nm-100mm | | 10 s-45 min | | <1-3 | 1-11 | NR |
| Microfluidic particulate | Planar Particulate | 10 μm-100 mm | Polymers Polymers | 1-15 min (80, 81) 10-60 s (96-98) | Yes Yes | 1-3 (96, 97) | <1-3 (83,84) 1-10 (80, 84) | |
| (96-98) | | 100 nm-10 μm | | | | | NR | |
| Fluidized bed (23) Fluidic immobilization (86, | Particulate Particulate | 1-10 μm | Polymers | 3-5 min (23) | No No | 2-3 (23) 1-2 (87) | 9-11 (23) NR | |
| 87) | | 100 nm-1 μm | Polymers, colloids | 5-45 min (86,87) | | | | |
| Vacuum/filtration (21) | Particulate and fragile** | 100 nm-1μm | Polymers | 10-20 min (95) | Yes | 1-2 (94) | 5-10 (94) | |
\n\n\\* 标出了典型的数量级基底尺寸。衬底尺寸可大可小。所示为线性生长薄膜的典型每层厚度。考虑到非线性生长曲线，指数生长研薄究膜审的查每 层厚度变化很大。分别表示搅拌或不搅拌的时间。§脱湿可以利用通常难以分层的材料（如低电荷或低表面接触的材料）。离心处理时间因手动移液和再悬浮步骤而变化很大。厚度取决于时间。\\*\\*哺乳动物细胞等易碎基质可通过流体过滤分层。 \n\n力的作用（43）。此外，自旋装配可实现自动化，使用市售的自旋涂布机可对直径达 10厘米的基底进行涂布（44、45）。然而，标准旋涂机通常是为平面而设计的，不适于浸入式装配所能达到的复杂形状。 \n\n与浸入式组装相比，旋转式组装通常会产生更均匀的薄膜。这是因为组装是由一系列力驱动的，包括静电相互作用力（导致聚合物的吸附和重新排列）、离心力、空气剪切力和粘性力（导致弱结合聚合物的解吸和薄膜的脱水）（43）。这些力也是自旋组装比浸入式组装快几个数量级的原因。聚合物溶液的盐浓度在较高的旋转速度下影响更大，这意味着在低离子强度下静电力的作用更大，而在高离子强度下剪切力占主导地位（46）。这些剪切力 \n\n与产生较厚穿透膜的浸入式组装相比，旋转力产生的具有特定层界面的薄膜更薄、更有序（47）。具体来说，旋转组装聚合物薄膜的厚度通常与旋转速度有关，速度越高，薄膜越薄（42）。在沉积胶体时，旋转过程中的作用力会导致胶体形成单层，而标准浸入式组装通常会导致基底未完全涂覆的假单层（43、48）。一项关于自动浸入式组装和自动旋转式组装之间差异的比较研究发现，浸入式组装制备的薄膜更厚、更粗糙，而旋转式组装制备的薄膜更薄、更光滑（44）。这些薄膜在视觉上也有所不同，旋转组装的薄膜由于层间分层明显而具有透光性，而浸入式组装的薄膜由于 层间不均匀、相互渗透而不透明（图 3）。接触角和相对 \n\n自旋组装薄膜的聚合物浓度在所有双层膜中都是一致的，而浸入组装薄膜则随着时间的推移变得粗糙，从而产生不同的接触角和两个组成层之间的相对浓度比（44）。另一项研究比较了自旋组装和浸入组装，结果表明自旋组装薄膜中的粘土纳米复合材料具有更高的取向度（45）。不过，旋转组装可能产生的一个问题是，在聚合物溶液离子强度较高和旋转速度较低的情况下，与子层边缘相比，溶液浇注处的薄膜可能更厚（42，46）。 \n\n在自旋装配的一种特殊情况下，可以将子晶体与聚合物溶液或胶体分散液一起放置在一个与旋转轴平行（而不是垂直）的封闭容器中。旋转时，离心力会将层材料直接推到基底上，而不是穿过基底，因此被称为 \"高重力装配\"（15）。这可以改善薄膜沉积和均匀性，尤其是在聚合物浓度较低的情况下，因为旋转和增加的湍流可以降低层状层和基底周围扩散层的厚度。达到吸附平衡的速度至少比无损装配快五倍，并且可以通过旋转速度进行控制。此外，使用浸入式装配时呈指数增长的聚合物组合，使用这种技术也能呈线性增长。同样，以这种方式组装的 LbL 薄膜的粗糙度要低得多（约为 2 至 10 倍）（49）。 \n\n自旋装配通常比浸入式装配产生更有组织的薄膜和多层膜，这使其成为制备颜色可控且均匀的光学涂层（14）和制备透明薄膜（44）的有用工具。同样，与浸入式组装相比，自旋组装可用于制备亮度更高的发光二极管（41）。旋涂装配在应用方面的一个主要限制是，它仅限于涂覆小的平面子基片，因为增加基片尺寸需要更高的旋涂速度。此外，非平面表面的旋涂也很复杂。 \n\n总之，旋转组装使用旋转的子板来沉积层并去除多余的涂层材料。与浸入式组装相比，自旋组装通常能产生更薄、更有序、更分层的多层膜，而且过程更快。在许多研究环境中，甚至在一些工业环境中， \n\n如半导体行业中常见的机器人晶片加工中 这有助于从实验室转化到实际应用中。此，通常都能使用装配所需的旋转涂布机， 外，在非平面上沉积多层薄膜图 3.浸入式装配与自旋装配的比较。(A) 不同材料层的示意比较。(B) 比较浸入式组装薄膜（左）和旋转式组装薄膜（右）。薄膜由疏水改性聚（环氧乙烷）和聚（丙烯酸）制成。[经许可改编自 (44)。2008 美国化学学会版权所有]。[插图来源：Alison E. Burke 和 Cassio Lynm \n\n由于薄膜组装过程中会产生剪切力，因此，要在平整但粗糙的表面或甚至是平坦的表面上组装薄膜是一项挑战。然而，旋压组装所产生的薄膜和加工特性，包括在相对较短的时间内组装出光滑的薄膜。 \n\nA Creating different nanofilm properties using immersive vs spin LbL assembly \n\n \n\nBExamples of polymer-polymer nanofilms using immersive vs spin LbL assembly时间，继续使这种方法成为一种有吸引力的选择。 \n\n \n\n",
"category": " Results and discussion"
},
{
"id": 13,
"chunk": "# 喷雾组件 \n\n喷涂 LbL 组装是另一种组装类型，通过气溶胶化聚合物溶液并将其依次喷涂到基底上组装薄膜（16）。虽然在 LbL 组装过程中，喷射空气可用于干燥薄膜以减少污染（并对齐纳米碳管）（50），但在此我们仅在层沉积的背景下讨论喷射组装。标准喷射组装比浸入式组装快得多（每层可快至 \\~6 秒）（51），其工业水平远远超过旋压组装（52,53）。真空也可用于进一步加快工艺流程，最大限度地减少喷涂和清洗之间的滞后时间，反之亦然，还可用于促进三维（3D）物体（如存储器）的喷涂（54）。 \n\n在喷雾组装过程中，薄膜的特性--如形态、均匀性、化学成分和选择性膜特性--可以调整到与浸入式组装制备的薄膜相似，薄膜厚度受悬浮液浓度、喷雾流速、喷雾持续时间、静止持续时间、是否清洗基底和清洗时间长短以及溶液是垂直还是水平喷雾等因素的影响（16、51、55-57）。这种控制源于喷涂组装过程中的两种主要作用力，即实际喷涂中的大量运动和液膜中的随机运动 (56)。液膜中的随机运动可使聚合物重新排列，并在靠近子结构处产生更强的对流，从而改善沉积效果。这是因为基底界面上的液膜厚度为亚微米级，而且喷雾接触基底的速度很快（16，56）。清洗基底通常比不清洗基底产生更厚的薄膜，这是因为聚合物在清洗过程中发生了重排。$(5I)$ ).与自旋装配一样，喷雾装配产生的薄膜与浸入式装配相比，层次更加分明（16，53）。 \n\n喷涂组装还与其他技术相结合，以充分利用特定技术的优势并实现组装过程自动化。例如，喷涂 LbL 组装的一个缺点是，由于重力排水的影响，在溶液滴漏附近的沉积增加，以及喷嘴在一定距离上造成的不规则图案，获得的薄膜可能不均匀（51，57）。为解决这一问题，在喷涂组装过程中旋转基底可制备出更均匀的薄膜，每层的喷涂时间可达到亚秒级（56、58、59）。通过喷涂旋转基底，添加到基底上的大部分聚合物都会被吸附。相比之下，绝大部分聚合物在浸入式组装后会重新留在涂层溶液中。因此，喷涂时的适用浓度可比浸入式组装所需的浓度低 10 到 50 倍。 \n\n在旋转基底上组装（55、59）。较大的三维基底，如管状膜，也可在喷涂过程中通过旋转基底进行喷涂（60）。计算机辅助自动化喷涂组装是进一步的改进，可减少人工处理（58、60）。与在 QCM 芯片上使用自动沉浸式装配类似，使用 QCM 芯片进行自动喷涂装配可实现反馈回路控制和实时薄膜生长跟踪（61）。自动匹配喷涂装配还与卷对卷加工相结合，用于涂覆工业尺寸基底（即数十米长的基底）（62）。通过对固定在可溶解表面上的微粒基底进行喷涂组装，卷对卷喷涂组装也可用于在微粒基底上涂覆多层薄膜（63）。 \n\n一种用于微粒基底涂层的独立喷雾装配技术使用振幅为 1 到 10 纳米的表面声波来雾化聚合物和货物（17）。当雾化液滴在空气中移动时，溶剂蒸发，聚合物凝结成颗粒状，从而使第一种雾化溶液成为后续涂层的模板，每微升溶液可产生约 1000 个颗粒。将颗粒透析以去除多余的聚合物，然后加入带相反电荷的聚合物溶液中，再重新雾化以涂覆颗粒。此过程可重复进行多层组装；不过，透析过程会将此技术的处理时间增加到每层约 24 小时。 \n\n喷涂装配的应用范围很广，因为它可以相对容易地涂覆工业规模的基底（62），而且不局限于平面基底（54、60、63）。喷涂组装已被用于制备棉布上的阻燃薄膜，结果表明，与在水平方向的基底上喷涂或浸渍相比，在垂直方向的基底上喷涂能产生更好的阻燃薄膜（57）。服装材料也使用喷涂组件进行涂层，以控制空气流动并提供化学保护，有可能用于军服 \n\n(54).与其他组装技术一样，喷涂技术也可用于制备抗反射涂层（61），同样，汽车着色也可通过结构化着色来减少红外线的加热（62）。膜管也可以通过涂层来改善有机染料与水的分离（60）。由于薄膜的结构可通过喷涂时间控制在纳米级，因此喷涂组装可用于控制薄膜的导电性，这是其他组装技术所不具备的（59）。喷雾组装已被用于制备颗粒，以研究细胞对不同涂层和颗粒长宽比的吸收（63）以及体外基因递送（17）。由于喷雾组装组装时间短，易于实现自动化和规模化，因此已被广泛应用于各种应用和工业领域。 \n\n总之，喷涂装配是通过将涂层溶液气溶胶化来生产多层薄膜的。 \n\n将它们喷涂到基底上。生成的薄膜通常组织良好，层次分明。喷涂组装是一种快速简便的方法，可为大型或非平面基底涂膜，但浸入式组装仍是为复杂三维基底涂膜的首选方法。喷涂组装是与工业应用最密切相关的技术之一，因为它已在工业中得到广泛应用。",
"category": " Results and discussion"
},
{
"id": 14,
"chunk": "# 电磁组件 \n\n电磁装配的基础是利用外加电场或磁场来实现分层，例如在聚合物溶液中涂覆电极，或在涂覆溶液中移动磁性微粒（18、19）。前者通常称为电沉积，是在电解槽中使用外加电压对材料进行涂层的成熟技术。在标准的电沉积设置中，两个电极浸入聚合物溶液中，然后施加电流。然后清洗电极并将其放入带相反电荷的聚合物溶液中；电极的极性反转，过程重新开始 $(64)$ 。电沉积可用于快速组装离子、聚合物和胶体，所需的时间远远少于浸入式组装（18）。例如，可通过电沉积制备双金属介孔LbL 薄膜，电沉积时间决定层厚度，速度约为 $1.5~\\mathrm{{nm/s}}$ （65）。在另一种设置中，可将基底置于两个电极之间，这样就能在平面基底上进行涂层（ $(66)$ ），甚至固定颗粒（13）。这种技术产生的薄膜厚度大约是离心法的两倍。电沉积还可以使用更高的电压，最高可达 $30\\mathrm{V}$ （13、66）；然而，固定颗粒的组装过程每层可能需要 15 分钟（13）。 \n\n电沉积薄膜的厚度与组装过程中使用的电压直接相关，获得最厚薄膜的最佳电压取决于聚合物溶液的 $\\mathsf{p H}$ 值（ $(\\delta7)$ ）。较高的电压会导致薄膜解吸，因为电极（即基底）开始排斥之前沉积的薄膜层。一般来说， $\\mathsf{p H}$ 值低于聚合物的 ${p K}_{\\mathrm{a}}$ （其中 $K_{\\mathrm{a}}$ 是酸的解离常数）时，需要较低的电压才能达到峰值厚度，而且峰值厚度也比 $\\mathsf{p H}$ 值较高时的峰值厚度大，更接近或高于聚合物的 ${p K_{\\mathrm{a}}}$ 。不过，如果电压升得足够高，就能达到第二厚度峰值，从而在其他技术难以生长的 pH 值下组装薄膜（67）。造成这种厚度 \"低谷 \"的原因是，在高电压下，电极上水的电解在研阻究碍审聚查合 物吸附方面发挥了更大的作用；然而，在更高的电压下$(>3\\mathrm{~V~}}$ ），聚合物与电极之间的静电作用超过了电解造成的任何影响（67）。例如，聚合物-酶薄膜在最佳电压为 \n\n$1.2{\\mathrm{V}}$ ，而使用较低或较高的电压（低于 3V）（68）。这些研究表明，电沉积与其他LbL 组装技术类似，聚合物溶液的 pH 值以及聚合物本身的构型是控制薄膜厚度的关键。 \n\n在较高电压下，电磁沉积薄膜比浸入式沉积薄膜更加相互渗透，这与在较低电压下制备的高度分层薄膜形成了鲜明对比（66）。当形成聚合物-聚合物薄膜时，在电流作用下，薄膜在流动池中生长过程中折射率不会发生静态变化，这表明沉积过程比浸入式组装过程更加均匀。 \n\n(69).同样，聚合物胶体薄膜也显示出较高的组织性，因为在较高电压下组装薄膜时，折射率会降低，透射率会增加（70）。相应地，电沉积酶-聚合物薄膜比浸入式组装薄膜更均匀，对基底的覆盖率分别为 $90\\%$ 和${\\sim}50\\%$ （68）。由于这种分层和高表面覆盖率，电沉积可以控制层与层之间的间距（68）。 \n\n电沉积也可以通过电极的局部效应来实现，例如引起氧化还原反应或改变 pH 值。阳极和阴极附近溶液的 pH 值会发生明显变化，分别从大量溶液变为较低和较高的pH 值（71）。阳极附近的低 pH 值可诱导聚合物沉积。不过，这种 pH 值诱导的电沉积效果相当有限，因为只能形成少量双电层（使用海藻酸盐和壳聚糖等材料），因为电层太厚（几十微米），电流无法穿透，导致 pH 值没有变化，因此也就没有沉积。利用类似的原理，可在电极（即基底）上就地由铜（II）生成铜（I），通过铜催化的 \"点击 \"反应交联含叠氮化物和炔烃的聚合物，制备共价稳定薄膜（20）。含有电敏感点击基团的聚合物也可进行电耦合，从而可在以下条件下制备出 500 纳米厚的透明薄膜，从而实现分层和均质。 \n\n${\\sim}30$ 分钟（72）。使用相同的基本原理，通过交变电压在氧化反应和还原反应之间进行切换，就可以进行单锅合成，从而利用电聚合实现免清洗组装（73）。 \n\n磁铁而不是电流可用于在敏感的微粒模板（如乳液 (74) 或难以通过离心法制粒的小模板（如 10 纳米以下的氧化铁纳米粒子）上组装 LbL 薄膜。 \n\n(19).含有磁性纳米颗粒的模板颗粒可以用磁铁从聚合物溶液中分离出来，这种方法与过滤法类似，可以在无离心的 LbL 组装过程中回收几乎 $100\\%$ 的颗粒（75）。磁铁或外部磁场也可用于定向层状 \n\n平面基底上的磁性纳米粒子，使随后的纳米粒子层能够以定向方式更快地去定位(76).该技术使用标准浸入式组装法沉积带正电和负电的磁性纳米粒子，并在沉积步骤之间施加磁场。因此，与标准浸入式组装相比，厚度不会增加；但是，薄膜的吸光度会随着磁铁的应用而增加，这表明填料增加了（76）。 \n\n电磁装配可用于多种不同的应用，因为它可用于形成具有其他技术难以装配的成分的 LbL 薄膜。铂层和钯层的双金属薄膜具有约 $40\\mathrm{m}^{2}\\mathrm{g}^{-1}$ 的布鲁纳-艾美特-泰勒表面积，因此与单层薄膜相比，在甲醇氧化反应中表现出更强的 电化学活性（65）。通过在不同电压下组装薄膜，调整薄膜的反射率，可以制备出抗反射涂层（70）。生物应用也在探索之中，因为生物相容性涂层可通过电磁组装形成，体外测试证实其细胞毒性可忽略不计（71）。与传统制备的薄膜相比，具有生物电溶解特性的生物酶薄膜具有更高的表面覆盖率和活性（68）。组装薄膜的分层也有利于制造高性能光电设备（72）和分离膜（66）。固定颗粒上的电沉积也可制备中空聚合物胶囊（直径从微米到 100 纳米以下）（13）。 \n\n总之，电磁组装利用电场或磁场，通常是以聚合物溶液中的电极或磁性微粒基底的形式来沉积薄膜。电磁组装可以利用电流引起的 pH 值变化或氧化还原反应来实现薄膜组装，因此使用的驱动力与其他主要组装类别的驱动力大不相同。一般来说，电磁组装的薄膜比使用其他 LbL 组装方法制备的薄膜更厚、更致密（13，68）。电磁组装仍不如其他一些技术普遍，尽管它需要特殊的设备和专业知识，但它确实为多层薄膜组装提供了一种不同的方法（例如，通过磁力处理基底和材料或通过电感应组装），从而为组装薄膜提供了其他机会。",
"category": " Results and discussion"
},
{
"id": 15,
"chunk": "# 流体组件 \n\n流体组装可用于通过流体通道沉积多层，既可以在通道壁上涂布，也可以在放置或固定在流体通道中的基底上涂布（77）。一般的方法是利用压力或真空使聚合物和洗涤溶液依次通过通道，通道可以是流体元件，如管道或毛细管，也可以是设计好的微流体网络（78、79）。流动 \n\n室基 QCM 是一种常见的流体组装技术，可提供关键的实时信息，用于研究薄膜特性和多层生长（22）。较高浓度的聚合物溶液通常会产生较厚的薄膜 (79)，而决定流动下吸附聚合物量的关键因素是接触时间而不是流速 (80)。 \n\n流体组装通常使用泵、毛细管力或旋转使液体通过通道，当然也可以使用移液和静态孵育。不过，当聚合物溶液与基底保持静态接触超过 10 分钟时，流体组装与浸入式组装非常相似（81、82）。用泵或真空将聚合物和洗涤溶液装入通道，可在 5 到10 分钟内沉积 ${\\sim}1.5$ 纳米厚的层 (83)。毛细力也可用于将聚合物溶液拉过微流体通道，方法是将溶液液滴置于流体入口处，然后旋转基底以移除溶液，这样就能将聚合物溶液拉过微流体通道。 \n\n\\~1.2 纳米厚的层可在 2 分钟内沉积完成（84）。基于毛细作用力的流体分层很容易实现，因为毛细作用不需要外部活性成分，但不适合体积较大或需要动态控制流速的情况。 \n\n流体设备和灌注室还可用于实现特定区域的流体分层，或在更复杂的三维结构上进行流体组装。例如，复杂的自动化微流体设备可用于并行流化数百个层，利用帽状流动和真空来填充和排空多个通道（85）。这样就能使用少量材料对薄膜库进行高通量筛选，因为只需要一个液滴就能填满一个微通道。通过在基底上粘贴一个几何腔室，然后将溶液流过腔室和基底，可在基底上涂布特定区域的薄膜（80）。灌注室可用于在复杂的三维基底上进行流体分层，如敏感的生物基底（如动脉），这些基底在分层过程中必须始终保持水合状态（86）。同样，灌注室也可用于容纳含有固定颗粒的琼脂糖，以进行流体组装（87）。这种技术不仅能沉积聚合物，还能沉积较大的货物，如金纳米颗粒或脂质体，并能产生与标准离心组装法预制的薄膜厚度几乎相同的薄膜（87）。 \n\n真空通常与其他组装技术（如喷雾组装）一起使用，或用于将溶液从流体通道中重新移出，但也可用研于究在审宏查 观流体型组装中形成多层，尤其是在气凝胶等非普通基质上。气凝胶可通过真空装配进行功能化，方法是将导电聚合物、生物分子或碳纳米管溶液从顶部浇入气凝胶，然后用真空将这些溶液向下抽吸。 \n\n88）。真空组装还可用于沉积材料，如还原氧化石墨烯，否则会对形成均匀的多层造成挑战（89）。对于微粒基底，可使用孔径小至 200 纳米的分离过滤器进行无离心分层（21，90）。真空并不适用于所有敏感模板；然而，对于包括乳液（91）、细胞小体（92）或碳酸钙纳米线（93）在内的模板颗粒，轻微真空（约 100 毫巴）可促进分层过程（21）。使用优化程序在组装过程中损失的颗粒不到 $3\\%$ ，远远低于基于计算饱和度的方法（可能损失约 $50\\%$ ）或基于离心的方法（在层数较高时可能损失超过$80\\%$ ）（21）。这种过滤-真空组合装配技术产生的膜层厚度约为 1.3 纳米，表面粗糙度约为 5 至 10 纳米，与通过离心装配制备的膜层相似（94）。细胞胰岛涂层的过滤装置也实现了自动化，使用回馈回路将液体从再作用室抽空，从而将人工处理时间减少了约 $60\\%$ （95）。 \n\n与真空装配一样，流体装配并不局限于平面基底，它是在颗粒基底上进行无离心装配的可行替代方法（96-98）。许多流体组装方法都是对乳液或液晶进行涂层，因为这些材料在流体学领域研究得很透彻。一般来说，涂层和洗涤溶液通过使用小于颗粒的物理间隙偏离颗粒流，使流体垂直（96）或平行于颗粒流（97）进入。在平行流系统中进行流体组装时，需要使用较大的模板颗粒（直径约 50 毫米），因为可以使用固体柱以约 $45^{\\circ}$ 角将它们偏转到三股平行层流流（溶液 A、洗涤液和溶液 B）中，形成约 2 到 3 纳米的层厚（97）。类似的技术也可用于在 15 毫米的珠子上涂覆阿维丁和生物素，较高的偏转角度与失效率有很大的相关性，最佳角度为 $1^{\\circ}$ ，失效率几乎为零（99）。可以使用特定的几何形状来捕捉乳状液，而不是柱状液，以实现脂质层的流体组装 \n\n(98).在用聚合物涂覆脂质颗粒时，切向流过滤可用作一种快速透析，以去除多余的聚合物溶液（100）。为了给足够大和/或足够致密的颗粒涂层，可以使用基于流化床的装置。这样的组装速度比离心组装快八倍，生产的薄膜厚度也是离心组装的两倍（23）。在这种情况下，洗涤液或聚合物溶液提升颗粒的力量与重力沉积颗粒的力量相平衡，从而形成了一个流化床，洗涤液和聚合物溶液可以被推过颗粒。类似的装置也可用于在填料柱中对较大（大于100 毫米）的颗粒进行包衣，不过这些流化床需要 \n\n由于粒度较大，无需流化，而且可以利用重力而不是真空或泵驱动的流体力学原理将涂层和洗涤溶液拉过色谱柱 (1)。 \n\n在开发流体装配技术的过程中，引入了许多应用。许多应用，如改进的毛细管电泳，都是在毛细管内实现的（81）。流体组装技术还可用于设计复杂的流动模式，例如，只需改变毛细管壁的外涂层并通过电流产生流动，即可在同一毛细管中实现反向流动（82）。流体组装并不局限于平面基底：例如，可以在气凝胶上制备多层涂层，从而提高抗压强度、湿态超弹性、荧光和机械响应阻力，同时还能产生高电荷存储能力（88）。受损老化的猪主动脉可通过流体组件进行体外修复，以保护动脉免受不必要的血液凝固，并促进愈合（86）。同样，导管管道也可以涂上抗真菌多层膜，以防止堵塞（78）。涂有多层颗粒的层析珠可增加珠子的表面积，从而改善层析效果（1）。虽然流体组装通常是在较大的颗粒（直径数十或数百微米）上进行的，但较小的颗粒（直径约 5 毫米以下）也可以涂覆和装载功能性货物，通过将微流控技术与固定化技术相结合，实现潜在的药物输送应用（87）。乳液等脆弱的微粒基质也可以涂上脂质，利用流体组装技术生成合成细胞（98）。神经细胞可通过流体组装进行图案化（83），细胞胰岛可通过涂覆提高稳健性，从而实现体内移植（92、95）。流体组装是涂覆哺乳动物细胞等敏感颗粒基质的重要工具，使用其他技术可能会损坏这些基质，例如在离心组装处理过程中。 \n\n总之，流体组装提供了在其他方法不易触及的表面（如盖子内部）组装多层膜的方法，提供了特定区域图案化的新途径（如通过流体通道遮蔽表面），并提高了多层膜组装的工业能力（如通过薄膜组装并行化和减少试剂消耗）。虽然建立（微）流体系统所需的专用设备和专业知识会使流体组装的使用复杂化，但这些优势使其在许多应用中具有牵引力。",
"category": " Results and discussion"
},
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"id": 16,
"chunk": "# 大大小小的挑战 \n\n在过去的二十年里，LbL 组装在可用材料和基底方面经历了爆炸式的增长。如果将所有可用的不同装配技术结合在一起，我们就会明白为什么 LbL 装配技术在众多学科中都很普遍。尽管 \n\n尽管多层薄膜的工具箱非常丰富，但在研究环境之外产生广泛影响的多层薄膜却相对较少。工业应用的一个重点是确定可靠、可扩展和资源节约型的组装工艺，尽管这可能需要针对宏观基底和微观颗粒基底采取不同的方法。 \n\n对于宏观基底，改进的高产能保形涂料装配方法将发挥关键作用。浸入式和喷涂卷对卷装配具有工业相关性，但仅适用于柔性平面基底；因此，需要在可轻松扩展以涂覆大型或大量三维宏观基底的系统方面进行创新。同样，减少涂层过程中的材料浪费也非常重要，尤其是对于生物分子和定制聚合物等有价值的涂层材料。用于体内生物医学应用（如药物输送和组织工程）的薄膜面临的另一个挑战是确保产品的无菌性。通常是在使用前进行无菌处理（加热、紫外线照射、化学处理等），这会影响薄膜的特性和性能。最后，提高薄膜的可靠性和可重复性--例如，通过提高自动化程度和减少人工干预--对于扩展有关薄膜特性和组装技术的知识以及在实际应用中应用多层薄膜至关重要。 \n\n微粒子材料也面临着类似的挑战。一个关键的区别是，有几种微粒组装方法依赖于离心分离法，而离心分离法仍然难以扩大规模，也难以与干预最少的高通量组装相结合。此外，还需要对各种技术的产量和尺寸范围进行规定，因为这些细节往往无法确定。还需要研究主要在平面基底上研究的详细薄膜特性（如层间穿插、层密度、薄膜稳定性或响应性以及渗透性），以便进一步比较平面基底和微粒基底。总之，这些挑战都非同小可，需要集中力量加以克服；它们也并非 LbL 领域所独有。应对这些挑战的方法之一是继续保持开放的态度，在邻近领域和更遥远领域的新领域（有时甚至是意想不到的领域）寻找解决方案；这是 LbL 组装技术创新的基础。 \n\n机会：突破思维定式逐层组装是一项成熟的技术，在多个不同领域大有可为。迄今为止，这项技术的发展主要集中在利用研新究的审分查子 驱动力进行薄膜组装，从而能够使用一系列基底和层材料。然而，这一巨大潜力在很大程度上仍局限于小规模研究环境，需要技术和方法上的创新。尽管新技术层出不穷、 \n\n虽然许多技术都是最新发展的，但在利用不同技术的特殊优势进行特定应用以及开发新的和改进的技术方面，仍然存在尚未解决的难题。 \n\n尽管在建立新的组装技术方面已经开展了大量工作，但只有少数研究是针对所产生的材料特性（如分层、密度、粗糙度）而不是所使用的加工特性（如易于使用、节省材料和时间、降低参与度、批量更大）来选择特定的组装技术。例如，对于电导率非常重要的应用领域（如燃料电池和电池），浸入式组装薄膜的电导率可能优于喷射式组装薄膜，这可以用组成导电层材料的层间组织差异（互渗与分层）来解释（59）。相反，对于光学清晰度和/或润湿行为非常重要的应用，旋压组装可形成光滑、分层的薄膜，从而组装出具有良好水接触角的光学透明薄膜，而沉浸组装的薄膜可能是半透明的，并且由于形成粗糙、相互渗透的层，其接触角会随沉积层数的变化而急剧变化（图 3）（44）。然而，层结构只是为特定应用设计薄膜时需要考虑的关键薄膜特性之一。例如，与电磁组装相关的较高表面覆盖率和层密度可使电沉积酶薄膜具有比同类浸入式组装薄膜更高的酶活性（68）。当然，如果所需的薄膜成分不能分层，那么层结构和密度就无关紧要了，例如，在使用电荷密度低的材料（如还原氧化石墨烯）或接触表面积低的材料（如支化纳米线）时，这可能是一个问题。在这种情况下，脱墨和真空装配等技术可以使用其他技术难以分层的成分形成薄膜（8，89）。这些例子表明，明智地选择组装技术可以组装出新的和改进的薄膜。随着我们对不同技术及其相互比较的了解不断加深，我们也有机会利用这种洞察力来指导下一代 LbL 装配薄膜的开发。 \n\n值得注意的是，本文讨论的组装技术最初并不是为 LbL 组装而开发的，其他领域的交叉技术将继续在新的，甚至可能是革命性的发展中发挥重要作用。一个涉及工业规模分层的有趣例子是使用改装的洗车机在一辆全尺寸汽车上进行喷雾装配（101）。制药业长期使用的技术，如处理、提纯和浓缩药物的方法，可能会对生物医学产生变革性的影响。 \n\n同样，利用喷漆罐这样的日常用品也可以彻底改变装配方法。同样，利用喷漆罐等日常用品也能彻底改变装配方法，因为它们基本上结合了脱脂和喷涂装配技术，可快速完成特定区域的装配，几乎没有材料浪费，也没有清洗步骤。现有装配技术之间的其他组合也有助于加快装配过程并使之自动化。按照这种思路，颗粒基底上的组装技术预计将继续整合固定化方法，因为它们可以像处理平面基底一样处理低浓度的颗粒，从而使本文讨论的许多平面组装技术成为可能。另一种很有前景的颗粒基底方法是使用一种 \"海绵 \"从溶液中吸附多余的聚合物，从而无需将颗粒造粒。就未来的应用发展而言，了解多层薄膜与复杂自然环境（如人体（40）、户外或海水中的环境）之间的相互作用至关重要。其中一个重要方面可能是使用能够以协同方式复合不同多层膜优点的功能性基底。总之，LbL组装的前景是光明的，随着组装技术的黑匣子慢慢被揭开，创新和应用的巨大潜力将会被发现。",
"category": " Results and discussion"
},
{
"id": 17,
"chunk": "# 参考文献和注释 \n\n1. J.J. Kirkland，用于气相液相色谱法的多孔薄层改性玻璃珠支架 。Anal.Chem.doi: 10.1021/ac60231a004 \n2. R.Iler, Multilayers of colloidal particles.J. Colloid Interface Sci.21, 569-594 (1966). doi: 10.1016/0095-8522(66)90018-3 \n3. G. Decher, Fuzzy nanoassemblies：Fuzzynanoassemblies: Toward layered polymericmulticomposites.doi: 10.1126/science.277.5330.1232 \n4. P.Ott, K. Trenkenschuh, J. Gensel, A. Fery, A. Laschewsky,Free-standing membranes via covalent cross-linking ofpolyelectrolyte multilayers with complementaryreactivity.doi: 10.1021/la1035882；pmid: 21033763 \n5. F.Caruso、R. A. Caruso、H. Möhwald，通过胶体模板实现无机和混合空心球的纳米工程。doi: 10.1126/science.282.5391.1111; PMID: 9804547 \n6. E.Donath、G. B. Sukhorukov、F. Caruso、S. A. Davis、H.Möhwald，通过胶体-模板组装聚电解质的新型中空聚合物壳。Angew.Chem.Int.Ed.37, 2201-2205 (1998). doi:10.1002/(SICI)1521-3773(19980904)37:16<2201::AID-ANIE2201>3.0.CO;2-E \n7. X.Zhang, H. Chen, H. 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"chunk": "# 研究审查 \n\n91. A.V. Sadovoy, M. V. Kiryukhin, G. B. Sukhorukov、M.N. Antipina，包裹在聚电解质多层外壳中的水分散油滴的动力学稳定性。Phys.13, 4005-4012 (Phys.Chem.13, 4005-4012 (2011). doi: 10.1039/c0cp01762k;pmid: 21240391 \n92. J.T. Wilson等人，《多电解质多层薄膜的细胞表面工程》。J.Am.133, 7054-7064 (2011).133, 7054-7064 (2011). doi:10.1021/ja110926s; pmid: 21491937 \n93. T.T.Sasaki、M.Shimizu、Y.Wu、K.Sakurai，逐层沉积法制备壳聚糖衍生物/碳酸钙复合胶囊。J. Nanomater.2008, 1-8 (2008). Doi: 10.1155/2008/185632 \n94. S.Leporatti 等人，聚电解质纳米和微胶囊壁纹理的扫描力显微镜研究。doi: 10.1021/la991429a \n95. J.J. M. Mets、J. T. Wilson、W. Cui、E. L. Chaikof，在可存活细胞聚集体上逐层组装聚电解质多层薄膜的自动化流程。Adv. Healthcare Mater.2, 266-270 (2013). doi:10.1002/adhm.201200148；PMID: 23184761 \n96. C.Priest 等人，用于微胶囊合成的液晶液滴上的微流体聚合物多层吸附。Lab Chip 8, 2182-2187 (2008). doi: 10.1039/b808826h；pmid: 19023485 \n97. C.Kantak, S. Beyer, L. Yobas, T. Bansal, D. Trau, 片上生成逐层聚电解质的 \"微流体弹球 \n\n微胶囊。Lab Chip 11, 1030-1035 (2011). C0LC00381F; PMID: 21218225 \n\n98. S.Matosevic, B. M. Paegel, 逐层细胞膜组装。 Nat.Chem.doi: 10.1038/ nchem.1765; pmid: 24153375 \n\n99. R.D. Sochol 等人，\"通过微柱阵列栏杆系统实现连续流逐层微珠功能化\"，《第 16 届国际微波会议论文集》，第 16卷，第 1 期，第 2 页。固态传感器、执行器和微系统（传感器 2011），北京，2011年 6 月 5 日至 9 日（美国电气与电子工程师学会）。和电子工程师协会，新泽西州皮斯卡塔韦，2011 年）、pp.1761-1764. \n100. S.Hirsjärvi, Y. Qiao, A. Royere, J. Bibette, J.-P. Benoit,Layer-by-layer surface modification of lipid nanocapsules. \n\nEur.J. Pharm.Biopharm.76, 200-207 (2010). doi: 10.1016/j.ejpb.2010.07.010; pmid: 20656028101. K.Ariga 等人，逐层纳米结构学：发明、创新和进化。Chem.Lett.DOI: 10.1246/CL.130987",
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"id": 19,
"chunk": "# 致谢 \n\n这项工作得到了澳大利亚研究理事会澳大利亚桂冠奖学金（FL120100030，授予 F.C.）和澳大利亚政府澳大利亚研究生奖（授予 M.B.）的支持。本研究还得到了澳大利亚研究理事会聚合生物纳米科学与技术卓越中心（项目编号：CE140100036）的支持。 \n\n10.1126/science.aaa2491",
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"chunk": "# Science",
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"chunk": "# 以技术为驱动逐层组装纳米薄膜 \n\n约瑟夫-J-理查森、马蒂亚斯-比约恩马姆和弗兰克-卡鲁索 \n\nScience 348 (6233), aaa2491. DOI: 10.1126/science.aaa2491",
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"chunk": "# 薄膜制造 \n\n多种材料薄膜的沉积对一系列材料制造工艺至关重要。逐层沉积工艺是将两种或两种以上的材料按顺序沉积在一起，使其物理结合在一起。Richardson 等人回顾了用于制造薄膜的一些技术和材料，包括连续浸涂、喷涂和电化学沉积。尽管这些方法用途广泛，可沉积的材料范围也很广，但由于工业规模的挑战，这些技术仍主要局限于实验室。但是，由于微调多层膜结构和性能的空间巨大，人们对扩大这些技术的使用范围很感兴趣。 \n\n科学》，本期 10.1126/science.aaa2491 \n\n文章工具 \n\nhttp://science.sciencemag.org/content/348/6233/aaa2491",
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"chunk": "# 参考文献 \n\n许可",
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