Nature exploits self-organization of soft materials in many ways, to produce cell membranes, biopolymer fibers and viruses, to name just three. Mankind is now able to design materials at the nanoscale, whether through atom-by-atom or molecule-by-molecule methods (top-down) or through self-organization (bottom-up). The latter method encompasses soft nanotechnology. Self-organization of soft materials can be exploited to create a panoply of nanostructures for diverse applications. The richness of structures results from the weak ordering because of noncovalent interactions. Thus, thermal energy is important as it enables transitions between phases with differing degrees of order. The power of self-organization may be harnessed most usefully in a number of nanotechnology applications, which include the preparation of nanoparticles, the templating of nanostructures, nanomotor design, the exploitation of biomineralization, and the development of functionalized delivery vectors.

An elastomeric, healable, supramolecular polymer blend comprising a chain-folding polyimide and a telechelic polyurethane with pyrenyl end groups is compatibilized by aromatic π−π stacking between the π-electron-deficient diimide groups and the π-electron-rich pyrenyl units. This interpolymer interaction is the key to forming a tough, healable, elastomeric material. Variable-temperature FTIR analysis of the bulk material also conclusively demonstrates the presence of hydrogen bonding, which complements the π−π stacking interactions. Variable-temperature SAXS analysis shows that the healable polymeric blend has a nanophase-separated morphology and that the X-ray contrast between the two types of domain increases with increasing temperature, a feature that is repeatable over several heating and cooling cycles. A fractured sample of this material reproducibly regains more than 95% of the tensile modulus, 91% of the elongation to break, and 77% of the modulus of toughness of the pristine material.

A brief overview is provided of recent developments in the use of block copolymer self-assembly to create morphologies that may be used to template the fabrication of nanostructures in other materials. The patterning of semiconductor surfaces using block copolymer film masks and the production of high-density arrays of magnetic domains are discussed. The use of block copolymer micelles as 'nanoreactors' to prepare metal and semiconductor nanoparticles is considered, and methods to pattern nanoparticles are highlighted. A number of approaches to design nanocapsules are summarized. Finally, applications of bulk nanostructures to make mesoporous materials with controlled pore structures and sizes, or to create photonic crystals, are discussed.

The ordering of block copolymers in thin films is reviewed, starting from the fundamental principles and extending to recent promising developments as templates for nanolithography which may find important applications in the semiconductor industry. Ordering in supported thin films of symmetric and asymmetric AB diblock and ABA triblock copolymers is discussed, along with that of more complex materials such as ABC triblocks and liquid crystalline block copolymers. Techniques to prepare thin films, and to characterise ordering within them, are summarized. Several methods to align block copolymer nanostructures, important in several applications are outlined. A number of potential applications in nanolithography, production of porous materials, templating, and patterning of organic and inorganic materials are then presented. The influence of crystallization on the morphology of a block copolymer film is briefly discussed, as are structures in grafted block copolymer films.

ADVERTISEMENT RETURN TO ISSUEPREVArticleNEXTComplex Phase Behavior of Polyisoprene-Polystyrene Diblock Copolymers Near the Order-Disorder TransitionStephan Foerster, Ashish K. Khandpur, Jin Zhao, Frank S. Bates, Ian W. Hamley, Anthony J. Ryan, and Wim BrasCite this: Macromolecules 1994, 27, 23, 6922–6935Publication Date (Print):November 1, 1994Publication History Published online1 May 2002Published inissue 1 November 1994https://pubs.acs.org/doi/10.1021/ma00101a033https://doi.org/10.1021/ma00101a033research-articleACS PublicationsRequest reuse permissionsArticle Views2794Altmetric-Citations388LEARN ABOUT THESE METRICSArticle Views are the COUNTER-compliant sum of full text article downloads since November 2008 (both PDF and HTML) across all institutions and individuals. These metrics are regularly updated to reflect usage leading up to the last few days.Citations are the number of other articles citing this article, calculated by Crossref and updated daily. Find more information about Crossref citation counts.The Altmetric Attention Score is a quantitative measure of the attention that a research article has received online. Clicking on the donut icon will load a page at altmetric.com with additional details about the score and the social media presence for the given article. Find more information on the Altmetric Attention Score and how the score is calculated. Share Add toView InAdd Full Text with ReferenceAdd Description ExportRISCitationCitation and abstractCitation and referencesMore Options Share onFacebookTwitterWechatLinked InRedditEmail Other access optionsGet e-Alertsclose Get e-Alerts

The self-assembly of amphiphilic peptides is reviewed. The review covers surfactant-like peptides with amphiphilicity arising from the sequence of natural amino acids, and also peptide amphiphiles (PAs) in which lipid chains are attached to hydrophilic peptide sequences containing charged residues. The influence of the secondary structure on the self-assembled structure and vice versa is discussed. For surfactant-like peptides structures including fibrils, nanotubes, micelles and vesicles have been reported. A particularly common motif for PAs is β-sheet based fibrils, although other structures have been observed. In these structures, the peptide epitope is presented at the surface of the nanostructure, providing remarkable bioactivity. Recent discoveries of potential, and actual, applications of these materials in biomedicine and bionanotechnology are discussed.

This paper highlights the key role played by solubility in influencing gelation and demonstrates that many facets of the gelation process depend on this vital parameter. In particular, we relate thermal stability ( T gel) and minimum gelation concentration (MGC) values of small-molecule gelation in terms of the solubility and cooperative self-assembly of gelator building blocks. By employing a van't Hoff analysis of solubility data, determined from simple NMR measurements, we are able to generate T calc values that reflect the calculated temperature for complete solubilization of the networked gelator. The concentration dependence of T calc allows the previously difficult to rationalize "plateau-region" thermal stability values to be elucidated in terms of gelator molecular design. This is demonstrated for a family of four gelators with lysine units attached to each end of an aliphatic diamine, with different peripheral groups (Z or Boc) in different locations on the periphery of the molecule. By tuning the peripheral protecting groups of the gelators, the solubility of the system is modified, which in turn controls the saturation point of the system and hence controls the concentration at which network formation takes place. We report that the critical concentration ( C crit) of gelator incorporated into the solid-phase sample-spanning network within the gel is invariant of gelator structural design. However, because some systems have higher solubilities, they are less effective gelators and require the application of higher total concentrations to achieve gelation, hence shedding light on the role of the MGC parameter in gelation. Furthermore, gelator structural design also modulates the level of cooperative self-assembly through solubility effects, as determined by applying a cooperative binding model to NMR data. Finally, the effect of gelator chemical design on the spatial organization of the networked gelator was probed by small-angle neutron and X-ray scattering (SANS/SAXS) on the native gel, and a tentative self-assembly model was proposed.

Chirality plays a crucial role in the self-assembly of biomolecules in nature. Peptides show chirality-dependent conformation and self-assembly. Lipidation of peptides occurs in vivo and has recently been exploited in designed conjugates to drive self-assembly and enhance bioactivity. Here, a library of pH-responsive homochiral and heterochiral lipidated tripeptides has been designed. The designed lipopeptides comprise homochiral C16–YKK or C16–WKK (where all the amino acids are l-isomers), and two heterochiral conjugates C16–Ykk and C16–Wkk (where the two lysines are d-isomers). The self-assembly of all the synthesized lipopeptides in aqueous solution was examined using a combination of spectroscopic methods along with cryogenic-transmission electron microscopy (cryo-TEM) and small-angle X-ray scattering (SAXS). Interestingly, it was observed that at acidic pH all the lipopeptides self-assemble into micelles, whereas at basic pH the homochiral lipopeptides self-assemble into nanofibers, whereas the heterochiral lipopeptides self-assemble into nanotapes and nanotubes. A pH switch was demonstrated using a thioflavin T fluorescence probe of β-sheet structure present in the extended structures at pH 8. We demonstrate that both chirality and pH in lipopeptides influence the self-assembly behavior of the model tripeptides, which also show promising bioactivity. Good cytocompatibility is observed in hemolytic assays and antimicrobial activity against both Gram-negative and Gram-positive bacteria is shown through the determination of minimum inhibition concentration (MIC) and minimum bactericidal concentration (MBC) values and live/dead bacteria staining assay.

The structure of micelles of sodium dodecyl sulfate (SDS) is probed via analysis of small-angle x-ray scattering (SAXS) data with the aim to fit the data over an extended wavenumber q range. This provides detailed information on the micelle shape, which can be described as a polydisperse triaxial ellipsoidal core-shell structure according to model form factor fitting. This model was necessary to fit the data over a wide q range, which is not accurately represented by simpler models such as biaxial ellipsoidal core-shell structures. Data for SDS (at fixed concentration) in a NaCl concentration series revealed increasing structure factor effects with decreasing salt concentration. This reflects decreased charge screening on the headgroups. The structure factor could be modelled using a simple hard sphere structure factor. The analysis of form factor was complemented by atomistic molecular dynamics (MD) simulations, starting from an unbiased initial configuration of a defined number of molecules in a box. The MD configurations were used to calculate the form factor using the software CRYSOL (for SAS analysis of solution scattering, traditionally for proteins here for micelles) accounting for the boundary layer hydration effects. Good agreement with experimental data was found for systems with association numbers close to p = 60. This association number is consistent with that obtained from analysis of the form factor (in the case where structure factor effects could be neglected) and from model-free analysis of the forward scattering intensity. It is also in agreement with prior literature and our findings in regard to form factor parameters are also compared to previous reports.

This study details the preparation and investigation of molecular nanogels formed by the self-assembly of bolaamphiphilic dipeptide derivatives containing a reduction-sensitive disulfide unit. The described bolaamphiphiles, featuring amino acid terminal groups, generate cationic vesicles at pH 4, which evolve into gel-like nanoparticles at pH 7. The critical aggregation concentration has been determined, and the nanogels' size and morphology have been characterized through Dynamic Light Scattering (DLS) and Transmission Electron Microscopy (TEM). Circular Dichroism (CD) spectroscopy reveals substantial molecular reconfigurations accompanying the pH shift. These nanogels enhance the in vitro cellular uptake of the lipophilic dye Nile Red and the ionic photosensitizer Rose Bengal into Human colon adenocarcinoma (HT-29) cells, eliminating the need for organic co-solvents in the former case. Fluorescence measurements with Nile Red as a probe indicate the reduction-sensitive disassembly of the nanogels. In photodynamic therapy (PDT) applications, Rose Bengal-loaded nanogels demonstrate notable improvements, with flow cytometry analysis evidencing increased apoptotic activity in the study with HT-29 cells.