中科大李闯教授 Adv. Mater. : 单一螺吡喃分子实现水凝胶协同变形变色

2025-03-11 来源：高分子科技

协同变形变色现象在自然界中普遍存在，这种进化特质使生命体能够在外界环境发生变化时进行远程交流、伪装甚至威慑，从而提高其生存能力。这一现象启发了人们挖掘生物体协同变形变色背后的关键特征，并进一步开发具有同步形状变化和颜色调控功能的人工合成智能材料。其中，水凝胶因具备与多种显色物质良好的相容性以及脱水/吸水导致的可逆形变特性，在构建此类材料方面展现出独特的优势。如今，已经有研究者成功将基于光学特性转变产生的结构色与源于荧光特性变化的发光色（如发色团、镧系金属配位或聚集诱导发光机制）引入到水凝胶体系中，但其协同变形变色性能依旧与自然界中生物体的水平相差甚远。其中一个关键原因在于水凝胶的变色与变形机制相互独立，且形变大多依赖于梯度结构或双层水凝胶的构筑，导致其颜色变化与形状变形往往不能同步发生。虽然已有少数研究报道了在单一刺激下实现颜色与形状同步变化的水凝胶体系，但这些体系仍需依赖不同的刺激响应分子来实现上述行为。

近期，中国科学技术大学李闯教授团队报道了一种在单一光刺激下、依赖单一发色团分子同时实现变形变色的光响应水凝胶。通过合理分子设计，作者巧妙地将具有激发态分子内质子转移（ESIPT）效应引入到螺吡喃分子开关结构中，实现了在光致异构化（MCH→SP）过程中的协同荧光和电荷变化（图1）。将此类螺吡喃分子接枝到高分子水凝胶后，分子荧光和电荷协同变化赋予了水凝胶材料同步的光致变形变色能力，成功将分子层面的耦合响应同步到宏观层面的凝胶协同多色转变（红→绿）与光控形变（向光弯曲）（图2）。此外，通过在螺吡喃结构中引入不同的取代基，作者也实现了协同颜色变化和背光弯曲的行为。重要的是，虽然变色与变形响应是通过单一螺吡喃分子同步实现的，但二者响应速度均可通过改变环境pH值、调控光照条件实现独立调节，因此在仿生光驱动、三维信息加密及智能伪装等领域展现出多场景应用潜力。该工作通过单一化合物在单一刺激下实现多重仿生功能的协同调控，为开发具有同步响应特性的仿生软材料开辟了新型分子设计路径。

图1 可见光刺激下具有ESIPT效应的多色荧光螺吡喃分子设计。

图2 水凝胶在可见光驱动下的协同颜色变化和向光弯曲行为。

该研究成果近期以“Synchronizing Multicolor Changes and Shape Deformation Into Structurally Homogeneous Hydrogels via a Single Photochromophore”为题发表在Advanced Materials上。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。中国科学技术大学硕士研究生杨雪晗为论文第一作者。该工作得到国家自然科学基金、国家重点研发计划和中国科学技术大学的支持。

原文链接：https://doi.org/10.1002/adma.202500857

版权与免责声明：本网页的内容由中国聚合物网收集互联网上发布的信息整理获得。目的在于传递信息及分享，并不意味着赞同其观点或证实其真实性，也不构成其他建议。仅提供交流平台，不为其版权负责。如涉及侵权，请联系我们及时修改或删除。邮箱：info@polymer.cn。未经本网同意不得全文转载、摘编或利用其它方式使用上述作品。

（责任编辑：xu）

【大中小】【打印】【关闭】

诚邀关注高分子科技

更多>>最新资讯

更多>>科教新闻