Advanced Functional Materials:基于光控动态键的可重构表面综述

光作为一种外界刺激,具有远程可控性以及高的时空分辨率。因此,光控的化学反应已作为一种用来调控材料表面性能的有效手段,在控表面微图形、诱导液体流动、控制蛋白吸附以及细胞黏附等方面有潜在应用。而大部分光反应,如光偶联、光致异构以及光解反应,只能实现单一性能或者两种性能转换的材料表面,限制了材料的应用。近年来,一些研究聚焦于将光控的动态键用于修饰材料表面。一方面,实现了在光的作用下按需调控材料的表面性能。另一方面,实现了可重构多种功能的表面,同时赋予了材料表面快速适应环境变化以及不同应用的能力。

近日,中国科学技术大学吴思教授与德国马普高分子研究所Hans-Jürgen Butt教授基于近期工作和已有文献报道,在《Advanced Functional Materials 》上发表了题为“Reconfigurable Surfaces Based on Photocontrolled Dynamic Bonds“的综述文章(DOI:10.1002/adfm.201907605),总结了可用于构建光控可重构表面的一系列光反应以及光控可重构表面的潜在应用和研究进展。这篇文章首先阐述了基于光控动态键的可重构表面相较于传统光控表面所体现出的优势。然后结合具体例子,列举并系统的介绍了基于光控动态反应的可重构表面,包括硫醇-醌甲基化、二硫交换、硫醇-二硫相互转化、二硒交换和钌配合物的配体光取代反应。尤其值得一提的是可见光控制的钌配合物的配位光取代反应在可重构表面的创新性设计。这一体系实现了可重写表面微图形、调控表面蛋白质吸附以及可逆调控浸润性三种功能。通过对钌配合物上硫醚配体的改性,作者实现了任意切换自定义的功能。另外,此体系可以受生物组织穿透性好的红光的调控,在生物体内有广阔的应用前景。

最后,本文的作者总结了其它可用于构建可重构表面的光控动态反应,如烯丙基硫的加成、三硫代酯的交换以及二硫-二硒的交换等。作者还讨论了该领域面临的挑战以及对未来的展望。