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多重刺激响应型荧光超分子凝胶智能材料的构筑

自然界存在着许多高效且精确的分子运动,尤其在生命体中,这类分子运动普遍存在,例如腺苷三磷酸酶的分子旋转运动。受此启发,科学家一直致力于设计与开发结构与功能并重的单向分子转子、分子梭、分子剪刀等分子器件。轮烷是一种典型的机械联锁结构,已经被广泛地应用到制备诸如受外界刺激响应的分子梭和分子开关的超分子体系中。同时借助分子间弱的非共价键相互作用(如氢键、亲水-憎水作用、π-π堆积作用、静电作用等)使轮烷在溶液中自组装来“合成”具有多重刺激响应性的超分子凝胶已成为超分子化学领域的研究热点。该类超分子凝胶在药物运输与释放、可控催化、分离纯化、传感检测、组织工程、液晶显示等领域展现出广阔的研究前景。

多重刺激响应型荧光超分子凝胶智能材料的构筑

图1 多重刺激作用驱动的分子梭运动

北京科技大学化学与生物工程学院肖昕博士与姜建壮教授在制备新型分子器件方面进行了深入的研究,最近制备了首例基于Bodipy和柱芳烃构筑的具有荧光功能基团的轮烷,在改变溶剂极性和温度等外界条件刺激作用下,实现了多重驱动的分子梭运动,同时伴随有荧光信号的改变。

多重刺激响应型荧光超分子凝胶智能材料的构筑
图2 超分子凝胶的形成示意图和SEM图

更加有趣的是,利用该轮烷分子作为凝胶因子,通过多重分子间弱的非共价键相互作用,在DMSO中形成了首例具有荧光功能基团的Bodipy-柱芳烃超分子凝胶 (图2)。通过加热-冷却、振动-静置和加入不同阴离子等多种外界刺激,使该凝胶发生了凝胶-溶液的可逆转变。此外,将此凝胶旋涂在玻璃片上制成薄膜,发现该凝胶薄膜对酸性气体具有较好的检测性能。相关研究工作于近日发表在Advanced Science上(Advanced Science,2015, DOI: 10.1002/advs.201500082)。

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