中科大李闯教授 Adv. Mater.：基于CB[8]-螺吡喃主客体化学构建光响应超分子水凝胶

2024-08-28 来源：高分子科技

超分子水凝胶具有网络动态特性，在自修复材料和可回收聚合物中有着重要应用。其中，基于主客体识别交联的超分子水凝胶因其高度可调的主客体结合亲和力以及主体大环和客体的广泛选择而引起了人们的极大兴趣。将光开关分子引入超分子水凝胶网络中，将赋予材料独特的实时响应特性和精准调控性。目前，常见的光响应客体分子包括偶氮苯、偶氮吡唑、香豆素和二乙烯苯等，能够通过光诱导异构化或二聚改变与大环宿主的结合亲和力或络合化学计量，进而实现对超分子凝胶微观网络结构和宏观力学性能的调控。螺吡喃作为一类重要的光分子开关，尽管在光驱动和传感中得到广泛应用，但因其结构极性和非平面性阻碍了其作为客体分子构建超分子凝胶的潜力。

近期，中国科学技术大学李闯教授团队报道了一种新的CB[8]-螺吡喃主客体相互作用，可以在蓝光和紫外光的刺激下，实现快速可逆的主客体识别化学计量切换（1：2 和 1：1）。这种光切换的主客体结合比进一步被用作工程化光响应超分子水凝胶的可逆交联单元（图1），所得水凝胶表现出一系列高度动态和快速可切换的特性，包括可逆溶胶-凝胶转变/机械软化-硬化转化等（图2）。光辅助的机械软化-硬化特性被用来有效提升超分子水凝胶的自修复效率和形状重塑效率（图3）。螺吡喃的光致变色特性赋予此类材料优异的可逆光致变色和可写特性，进一步用于可重复使用的光图案化和信息存储加密（图4）。此外，由于其优异的剪切变稀和可注射性能，该超分子水凝胶可通过简单的双光辅助挤出方式制造米级凝胶纤维，不仅具有良好的结构完整性和挤出分辨率，而且可被灵活地编织成各种可滑动的结和复杂的形状，同时表现出可光切换的离子电导率（图5）。该工作为设计新型超分子凝胶智能材料提供了新思路。

图1. 超分子聚合物网络中光开关主客体化学计量结合比的设计原理。

图2.强韧超分子水凝胶光调控力学性能特性。

图3. 光加速超分子水凝胶自修复和重塑。

图4. 光致变色超分子水凝胶的图案化

图5. 光辅助制备导电超分子水凝胶纤维

该研究成果近期以“Engineering supramolecular hydrogels via reversible photoswitching of cucurbit[8]uril-spiropyran complexation stoichiometry“的论文发表于Advanced Materials。中国科学技术大学高分子科学与工程系李闯教授为论文通讯作者，中国科学技术大学博士研究生杜孟奇为论文第一作者。该工作得到国家自然科学基金、国家重点研发计划、安徽省自然科学基金和中国科学技术大学的支持。

原文链接：https://doi.org/10.1002/adma.202408484

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（责任编辑：xu）

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