新型刺激响应荧光聚合物

刺激响应荧光聚合物是一类具有“智能”行为的大分子体系,可以感受外部环境的变化,如:温度、pH值、光、热、电等,导致聚合物的物理化学特性或功能状态等发生较大变化,进而使其荧光信号发生改变。这种刺激响应的荧光特性在化学传感、生物成像等领域有着重要的应用价值。然而,目前常规的刺激条件、单一的刺激模式已经远远不能满足科研生产的需求。因此,开发具有多刺激响应的荧光聚合物材料成为构筑刺激响应聚合物体系的成为当前研究的热点。

吉林大学晁单明博士和王策教授研究小组与美国新罕布希尔大学、北京化工大学合作者设计合成了一种新型的含有苯胺链段的电活性聚酰胺酸,实现了聚合物的多刺激响应荧光转换。研究者通过分子设计,将兼具有电活性和荧光性质的苯胺四聚体作为侧链引入到聚合物结构中。研究发现,通过加入氧化性物质(过硫酸铵),聚合物中的苯胺链段由还原态向中间氧化态逐渐发生转变,聚合物的荧光强度逐渐减弱;相反的,利用还原性物质(水合肼)将聚合物由中间氧化态还原到还原态时,聚合物的荧光强度逐渐增大。通过多次的氧化-还原调节,该聚合物体系展现出对氧化/还原性物质刺激响应的可逆荧光转换。另外,通过加入适量硫酸,聚合物中处于中间氧化态的苯胺链段发生掺杂作用,聚合物的荧光强度增大,并伴随着荧光的蓝移;通过加入适量的氢氧化钠溶液,聚合物中的苯胺链段发生脱掺杂作用,聚合物的荧光强度及峰位发生可逆转变,回复到初始状态。通过多次的掺杂-脱掺杂作用,该聚合物体系展现出对pH刺激响应的可逆荧光转换。

研究者还将聚合物材料制备成聚合物/ITO薄膜,利用电化学方法改变聚合物膜中苯胺链段的氧化还原状态。研究发现,苯胺链段由还原态向最高氧化态转变的过程中,其荧光强度逐渐增大;而由最高氧化态向还原态转变过程中,其荧光强度逐渐减小。通过多次的电化学调节,该聚合物体系展现出对电刺激响应的可逆荧光转换。同时,由于该聚合物良好的稳定性,这种电刺激响应荧光转换行为具有优异的稳定性。因此,这种电活性荧光聚合物实现了对氧化/还原性物质、pH、电的刺激响应的可逆荧光转换行为,展现出广阔的应用前景。