智能荧光高分子水凝胶是一类具有可调发光性能的高分子软材料,由于其三维交联网络中包含大量的水分子,在合适的外界刺激下,易与周围的水溶液发生物质交换,进而诱导水凝胶的溶胀或去溶胀,同时伴随着发光颜色或强度的显著变化,在仿生驱动、传感检测等领域具有重要的应用价值。目前,荧光高分子水凝胶主要是通过物理掺杂或化学接枝的方法,将有机荧光团、稀土配合物及无机发光纳米材料引入亲水性高分子交联网络来制备。其中,基于AIE荧光团的聚集诱导发光型高分子水凝胶因其可避免疏水性荧光团在亲水性交联网络中聚集导致的荧光自猝灭现象,正逐渐获得更多的研究兴趣。
图1
萘酰亚胺是一类非常有趣的荧光基团,其发光性质与分子结构紧密相关。一般而言,具有平面结构的N取代衍生物因较易发生面面堆积(face-to-face stacking)而多是聚集诱导猝灭型荧光团;而芳环上有刚性大位阻取代基的萘酰亚胺衍生物因其螺旋桨状(propeller)的分子构象,因此多呈现聚集诱导发光性能。得益于其独特发光性能以及极易裁剪修饰的分子结构,萘酰亚胺功能化聚合物和纳米材料广泛应用于分子识别、传感检测、生物成像等领域。最近,中国科学院宁波材料技术与工程研究所智能高分子材料团队的陈涛研究员、路伟研究员及合作者将功能化萘酰亚胺荧光团引入智能高分子交联网络中,获得了一种温敏性聚集诱导发光高分子水凝胶,并尝试开展其荧光图案调控和仿生驱动应用研究。如图1所示,研究人员首先制备了一种含有苯氧基取代萘酰亚胺荧光团的AIE型温敏性聚合物,随后将其引入化学交联聚N-异丙基丙烯酰胺交联网络中以构建具有半互穿网络结构的聚集诱导发光高分子水凝胶。研究表明,该水凝胶的发光和透光性能均具有典型的温度响应性。基于这一发现,研究人员构建了多个具有双层复合结构的显示器和驱动器,初步实现了温度响应性的荧光图案调控和仿生变形/变色功能。该工作不仅丰富了荧光高分子水凝胶的种类,也初步展示了其在防伪、显示及驱动等方面的潜在应用。
相关结果发表在Macromolecular Rapid Communication (DOI: 10.1002/marc.202000123)上,文章第一作者分别为硕士生刘浩和博士生魏书心。
原文链接:
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/marc.202000123