新型AIE水凝胶的构建及自主变形-变色双功能协同响应行为研究

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智能水凝胶的自主变形-变色协同响应对于拓宽其在生物传感器、仿生材料等方面的潜在应用具有重要的意义。针对目前基于一种刺激响应,不能实现水凝胶自主、循环的形状和荧光颜色协同变化的难题。本文以化学振荡反应为刺激源,利用聚集诱导荧光发光物质(AIEgens)和双层水凝胶,设计、构建了具有自主、循环、可逆变形-变色双功能协同的仿生智能水凝胶体系。(1)以苯甲酮为原料,经麦克默里、硝化、还原反应合成了化合物TPE-4N,其化学结构经1H NMR、13C NMR和FTIR表征正确。考察了TPE-4N在溶剂体系和pH缓冲体系中的聚集诱导发光(AIE)行为。此外,通过将pH振荡反应与TPE-4N相耦合,成功构建了新型的解聚/聚集诱导发光(DAIE)系统。振荡反应驱动的DAIE系统可以表现出可逆的、自主的和可持续的AIE行为。(2)以甲氧基聚乙二醇乙酸(mPEG-COOH)以及TPE-4N为原料,经过脱水缩合最终合成了聚合物PEG-TPE-3N。其化学结构经1H NMR和FTIR表征正确,并通过GPC测得了所得聚合物的分子量。同时考察了聚合物PEG-TPE-3N在溶剂体系和pH缓冲体系中的AIE行为。此外,通过将聚合物PEG-TPE-3N与pH化学振荡反应相结合,成功构建出了高分子体系中的DAIE系统。(3)合成了具有不同pH刺激响应性的P(AA-co-DMA)gel和PDMA NC gel,并且通过FTIR和SEM对凝胶的结构和形貌进行表征。然后以PDMA NC gel为载体成功制备了含AIEgens的纳米复合水凝胶(PDMA NC/TPE-4N gel)。考察了P(AA-co-DMA)gel和PDMA NC/TPE-4N gel的拉伸性能,通过质量测定法,进一步探究了pH值对P(AA-co-DMA)gel和PDMA NC/TPE-4Ngel两条凝胶的溶胀和退溶胀性能的影响。为了实现水凝胶的自主变形-变色双功能协同驱动行为,详细的考察了含有AIEgens的PDMA NC/TPE-4N gel在不同pH缓冲体系中的AIE发光行为,最后,将pH响应型的P(AA-co-DMA)gel和含有AIEgens的PDMA NC/TPE-4N gel按预先设定好的形状进行组装并与pH振荡反应相结合,基本实现了水凝胶驱动器的自主、循环、可逆变形-变色双功能协同变化。
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