基于萘酚吡喃的层层自组装薄膜和光响应胶囊的制备及其光致变色性能的研究

【摘要】萘酚吡喃类化合物作为一类重要的光致变色功能性材料，近年来引起了广泛的关注与研究。由于其具有较好的光响应性、易调节的消色速率和好的抗疲劳性等特殊的光学性质，所以在光敏性眼镜玻璃、光信息存储、光电开关和光制动器等商业应用领域有着很大的优势。本文制备了含有萘酚吡喃的层层自组装薄膜，目的在于增强萘酚吡喃在潜在的应用方面的光致变色性能，并通过紫外-可见光谱(UV-Vis)、傅立叶红外光谱（FT-IR）、原子力显微镜（AFM）对其进行表征。此外，我们还利用萘酚吡喃的疏水性和光响应性制备了含有单分子萘酚吡喃的胶囊，通过紫外-可见光谱(UV-Vis)、透射电子显微镜(TEM)、荧光光谱、动态光散射（DLS）对其形貌和光响应行为进行研究。本论文的主要研究内容如下：1.利用氢键层层自组装的方法，在含有萘酚吡喃-丙烯酸共聚物（PAA-NP）和含有聚(4-乙烯基吡啶)(P4VP)的有机溶液中交替沉积，制备了具有光致变色性质的聚合物多层膜。此多层膜的组装过程和形貌通过UV-Vis、FT-IR、AFM进行表征。结果表明该多层膜在每一次沉积过程中是以统一有序的方式增长的，表面是相对平滑的。对自组装薄膜中萘酚吡喃的光致变色性能进行研究，消色动力学结果证实：与之前的研究相比在自组装薄膜中的着色体部花青更加的稳定，表现出特别慢的消色速度（重要参数T1/2的消色时间在3层膜中增加到64min）。最后，着色-消色的可逆性测试(以最大吸收波长481nm处收集数据作图)显示在5个着色/消色的循环后，萘酚吡喃的着色程度有轻微的下降。2.利用单分子的光致变色材料萘酚吡喃（NP）作为疏水性和光响应性组分，与聚乙二醇（PEG）通过“点击化学”方法合成了两亲性聚合物。这种两亲性聚合物在水溶液里能够自发的形成以NP为核，PEG为壳的光响应性胶囊，并且通过DLS和TEM进行确证。通过UV-Vis光谱测试可以确证萘酚吡喃的光致异构化行为能够快速可逆的调控胶囊的裂解和再生。在此基础上，将荧光染料尼罗红（NR）包裹在聚合物胶囊内部，通过紫外光刺激后其荧光光谱在60s内的变化可以表明：该聚合物胶囊可以作为纳米容器，通过紫外光刺激控制其对客体的封装，释放和再封装。此外，3次的循环测试确证了包裹-释放的可逆性能，结果显示了特别良好的耐疲劳性质。对聚合物胶囊快速高效的光控为其在生物领域的药物传输提供了潜在的可能。3.我们设计合成了一种含有双磺酸基负离子的萘酚吡喃衍生物:DSNP。首先，DSNP可以用来制备层层自组装薄膜，通过将基片交替浸泡在含有阳离子的季氨化聚(4-乙烯基吡啶)（P4VPQ）和含有阴离子的DSNP的水溶液中。多层膜的组装过程通过UV-Vis进行表征，结果表明随着每一次沉积多层膜都是以统一有序的方式增长的。对自组装薄膜中萘酚吡喃的光致变色性能进行研究，消色动力学数据证实萘酚吡喃的消色速率呈现出的趋势如下：在溶液中的NP>在其他聚合物介质中的NP>以离子键形成的层层自组装薄膜中的NP>以氢键形成的层层自组装薄膜中的NP。其次，DSNP也可以作为光响应模块用来制备光响应性胶囊，通过与三乙胺溴化的聚乙二醇（PEG-NEt3）以离子键结合。胶囊的形貌通过TEM进行表征。通过UV-Vis光谱测试可以确证萘酚吡喃的光致变色行为能够快速可逆的调控胶囊的裂解和再组装。在此基础上，将荧光染料尼罗红（NR）包裹在在聚合物胶囊水溶液里，通过紫外光刺激后其荧光光谱的变化可以表明：该聚合物胶囊可以作为纳米容器，通过光刺激控制其对客体的封装，释放和再封装。此外，为了确证包裹-释放的可逆性能进行3次可逆循环测试，结果显示了特别良好的耐疲劳性质。
【作者】张美多；
【导师】王广；
【作者基本信息】东北师范大学，高分子化学与物理，2014，博士
【关键词】光致变色；萘酚吡喃；层层自组装；光响应胶囊；纳米载体；

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