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MIT博士生顾宇炜和Jeremiah Johnson教授Nature论文:研发出新型光控聚合物,实现了对材料多种性质的协同调控
2018-07-20 来源:中国流变网    点击次数:129次    

  基于高分子网络的材料在日常生活中有非常广泛的应用,例如轮胎、粘合剂、隐形眼镜、水凝胶化妆品等等。作为一种网络结构的材料,高分子网络的众多性质(例如材料的硬度和强度,材料的动态性,溶胀能力,凝胶点等等)与其拓扑结构密切相关。然而对于绝大部分高分子网络而言,它们的拓扑结构一旦形成,就无法再用外部手段进行改变,这无疑大大限制了我们对高分子网络性质的调控。

  另一方面,虽然近年来刺激响应性高分子网络材料取得了长足的进展,但是它们的刺激响应性行为往往局限于材料的某一个性质。随着各种新型应用的不断涌现,人们迫切需要利用一种外在刺激同时改变高分子网络材料的多种性质。

  有鉴于此,就读于美国麻省理工学院化学系的博士研究生顾宇炜和他的导师Jeremiah Johnson教授通过引入光响应的金属有机分子笼作为高分子网络的交联点,利用紫外/可见光首次实现了对高分子网络拓扑结构的可逆转换,从而实现了对材料多种性质(例如材料的模量,动态性,自愈合行为等)的协同调控。

  他们首先在聚乙二醇(PEG)两端修饰上通过二芳基乙烯桥联的双吡啶配体。该高分子配体在Pd2+的存在下会通过形成金属有机分子笼Pd3L6将聚乙二醇链交联,并且所得到的网络拓扑结构完全受所形成的金属有机分子笼(Pd3L6)控制。在紫外光照下,二芳基乙烯发生光照关环反应,导致所形成的金属有机分子笼结构从Pd3L6转变为Pd24L48,从而大幅度地改变网络拓扑结构。他们发现在拓扑结构转变后,材料的剪切模量和特征松弛时间都发生了10倍以上的变化,同时材料失去了自愈合能力,显示了高分子网络的拓扑结构对其性质的巨大影响。最后,绿光照射可以使金属有机分子笼结构从Pd24L48转变回Pd3L6,从而使高分子网络恢复初始拓扑结构及初始性质。

  此项工作首次提出了“拓扑结构转换”作为刺激响应性高分子网络材料的设计理念,并且实现了对材料多种性质的协同调控。该设计理念有望用于智能自修复材料、光驱动材料、高度可控的药物递送及细胞培养基质等诸多领域。该工作已在线发表于Nature, DOI: 10.1038/s41586-018-0339-0上,论文的第一作者为麻省理工大学化学系博士生顾宇炜(清华大学化学系2014届本科毕业生,化学学堂班成员,侯德榜奖学金获得者)。

  论文链接:

  https://www.nature.com/articles/s41586-018-0339-0

  http://news.mit.edu/2018/light-controlled-polymers-can-switch-between-sturdy-and-soft-0718

 
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