宁波大学翁更生副教授与康涅狄格大学何杰教授：基于Eu-IDA动态配位调控聚合物水凝胶的多重荧光色彩响应

近日，宁波大学翁更生副教授与美国康涅狄格大学何杰教授等人在《Advanced Materials》发表了一篇题为”Dynamic Coordination of Eu–Iminodiacetate to Control Fluorochromic Response of Polymer Hydrogels to Multistimuli”的研究论文，该文章已被选为封面文章（Inside Front Cover）。

文章中介绍了一种多重荧光色彩响应性水凝胶的制备方法。研究人员利用红色荧光发射性的镧系金属离子（铕，Eu3+），将含亚氨基二乙酸配体的聚（N, N-二甲基丙烯酰胺）通过动态配位作用物理交联。在外界多种刺激下（pH、竞争性离子、温度、超声、力），动态配位键发生断裂与结合，从而产生荧光强弱及sol-gel转变，表现出多重荧光响应性。

图1. 聚合物化学结构、荧光开/关与sol-gel转变机理示意图及流变性质

过去基于Eu配位交联多重荧光响应的凝胶是在有机溶剂里面实现的，这是因为水分子与金属离子的作用会显著降低Eu的荧光发射性。基于Eu-IDA强动态配位作用，该水凝胶可保持较强的荧光发射性，还具有良好的力学性能，同时表现出快速的自修复性能。由于IDA中羧基及叔胺基的存在，水凝胶表现出pH响应性。在酸性条件下发生gel-to-sol转变，荧光减弱；加碱后可发生sol-to-gel转变，荧光恢复。有趣的是，竞争性离子如：Fe3+，Zn2+，Cu2+也可调控水凝胶的sol-gel可逆转变及荧光发射性，这是因为这些金属离子与IDA具有更强的配位作用。其中Fe3+，Cu2+可使荧光完全猝灭且不可逆，而Zn2+对荧光的猝灭具有可逆性。此外，该水凝胶还表现出热与超声可逆响应性。

图2. 水凝胶自修复性能及相应的流变表征

图3. 水凝胶可逆pH响应性

图4. 水凝胶竞争性离子响应性

图5. IPN水凝胶及其力致变色响应性

这种水凝胶对外力也表现出敏感性，通过在物理交联网络的基础上引入第二重共价交联网络，制成IPN水凝胶材料后，该水凝胶在外力作用下表现出快速可逆的颜色变化。此类多重荧光色彩响应性水凝胶材料的成功制备为智能光学器件，特别是需要利用多重响应性的生物传感器的开发提供了新的方法。

此项研究得到了国家留学基金委、宁波大学、康涅狄格大学及美国自然科学基金委的资助。

论文链接：

http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201706526/full