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光触发可逆“瘦身”蠕虫状纳米粒子用于智能纳滤开关
《高分子科技》微信公众号 / 时间:2019-04-08 08:32:32

  据高分子科技微信公众平台2019年4月5日讯 蠕虫状纳米粒子在细胞捕捉、干细胞存储、高效皮克林乳化剂、气凝胶等领域具有广阔的应用前景。嵌段共聚物溶液自组装是一种制备蠕虫状纳米粒子的有效方法。但是,在大多数嵌段共聚物体系中,蠕虫状纳米粒子的相空间较窄,难以被扑捉且形貌均一性较差,给实际应用带来了极大的不便。此外,赋予蠕虫状纳米粒子特定的智能响应性(如光响应)可以丰富其应用,为智能材料、智能器件、智能系统的设计与制备带来新的思路。目前,大规模可控地制备形貌均一的具有可逆光响应特性的蠕虫状纳米粒子存在较大的挑战。


光触发可逆“瘦身”蠕虫状纳米粒子用于智能纳滤开关

图1.嵌段共聚物结构及光触发可逆“瘦身”示意图


  北京航空航天大学陈爱华课题组在嵌段共聚物体系中引入偶氮苯基元,通过聚合诱导多级自组装的方法得到了长方体、短带状、片层、椭囊泡等系列各向异性形貌粒子。(ACS Macro Lett. 2018, 7, 358-363)最近,该课题组在此基础上,除去连接主链的柔性基团,进一步增大刚性疏水段的空间位阻作用,设计了PMAA-b-PMA(0C)Az 嵌段共聚物分子(如图1)。通过RAFT聚合诱导自组装的方法在高浓度(5~25% w/w)的条件下制备了形貌均一的蠕虫状纳米粒子。(ACS Macro Lett. 2019, 8, 460-465)由于刚性偶氮苯基元的引入,使得蠕虫状纳米粒子的相空间较宽(如图2),有效地解决了传统嵌段共聚物体系中蠕虫状粒子相空间较窄的问题。


光触发可逆“瘦身”蠕虫状纳米粒子用于智能纳滤开关

图2.不同嵌段组成和固含量的蠕虫状粒子形貌图及相图


  有趣的是,蠕虫状纳米粒子中的偶氮苯基团具有光致可逆顺反异构的特性。当粒子被紫外光照射时,体积膨胀、直径变粗;可见光照射时,体积收缩、直径回复;五个可逆的紫外-可见光照循环过程中,粒子均保持较好的可逆变形特性。(如图3)这种光触发的可逆“瘦身”行为可以为智能材料、智能器件、智能系统的设计与制备带来新的思路。


光触发可逆“瘦身”蠕虫状纳米粒子用于智能纳滤开关

图3.蠕虫状纳米粒子形貌(a)初始态,(b)紫外光照1min,(c)可见光照6min。


  该工作在高效制备光控可逆“瘦身”的蠕虫状纳米粒子的基础上,构筑了光控智能纳滤开关。(如图4)当纳滤开关被紫外光照射时,水通量下降、罗丹明B染料截留率升高;被可见光照射时,水通量升高、罗丹明B染料截留率降低;五个可逆的紫外-可见光照循环过程中,纳滤开关均保持较好的可逆特性。这种光控“快/慢”状态调节的智能纳滤开关在智能污水处理等领域具有较大的应用潜力。


光触发可逆“瘦身”蠕虫状纳米粒子用于智能纳滤开关

图4.光控智能纳滤开关示意图


  这一成果以题为“Light-Triggered Reversible Slimming of Azobenzene-Containing Wormlike Nanoparticles Synthesized by Polymerization-Induced Self-Assembly for Nanofiltration Switches”的文章发表在美国化学会期刊《ACS Macro Letters》上,文章第一编辑为北航材料学院博士研究生关松,通讯编辑为陈爱华副教授。这是该课题组在光触控可逆自吞噬纳米粒子之后的又一可逆形变成果(ACS Macro Lett. 2018, 7, 1475-1479),该研究为大规模可控地合成形貌均一的光响应蠕虫状纳米粒子提供了一种新的策略,并展示了该粒子的光触发可逆“瘦身”行为及其在智能污水处理领域应用的可能性。

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