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未來的智能材料——超分子材料 日期:2020.05.13


在1987年,萊恩(Lehn J. M.)、克拉姆(Cram D. J.)和彼得森(Perterson C. J.)三人共同獲得了諾貝爾化學獎,作為獲獎的原因,萊恩提出的超分子(supermolecular chemistry)概念終於來到了人們的視野之中,並且廣受關注。與此同時,克拉姆提出的主-客體化學理論(host—gust—chemistry)也得到了廣泛的發展,一大批新型的具有自組裝識別能力的冠醚出現在了科技的飛速進步中。

超分子化學的日益發展,使得人們開始從傳統的聚合物的開發與合成提出更新的觀念。由於超分子體係可以形成高度有序的功能組裝體,並可在一定條件下進行解組裝行為,這就為人們製備動態的超分子材料提供了基礎。近年來,由於氫鍵作用對聚合物的性質,尤其表現在熱力學、力學、微觀自組裝及結晶行為等具有重大影響,含氫鍵超分子聚合物的設計越來越受到了廣泛的關注。

其中一種含四重氫鍵結構的脲基嘧啶酮結構的超分子體係,即UPy體係,是一種具有很高二聚常數的AADD-DDAA形式的四重氫鍵體係已經被廣泛的應用於高分子材料領域,其對於聚合物性能的改善具有顯著作用。近年來,含UPy體係超分子材料的發展一直處於上升趨勢,人們通常把UPy基團以端基形式接到聚合物的兩端,借助於四重氫鍵的作用,聚合物的力學性能、熱力學性能及微 觀形貌都有了一定的改觀。

對於UPy體係超分子聚合物材料,我們最直接的應用就是可以作為一種自修複材料進行使用,該種材料在材料發生表麵破損或者斷裂後,通過一定的溫度條件,或者是一定時間可以恢複到斷裂前的狀態,無論力學性能還是熱性能,都會跟以前毫無差別。與此同時,鑒於超分子材料的特性,我們可以廣泛的應用於生命醫學方麵,目前很多超分子材料具有生物相容性,可以作為藥物緩釋材料,細胞培養支架等智能材料使用,例如,超分子水凝膠化合物以低濃度在水溶液中通過非共價相互作用自組裝形成的凝聚體係,因其環境敏感性、低免疫原性及低細胞毒性而廣受關注。另外,根據超分子材料的特性,我們還可以應用於3D打印,通過其與生物相容性極好的PCL(聚己內酯)或PLA(聚乳酸)結合,可以更廣泛的應用於骨骼如股骨頭等的替代以及一些體內醫療支架的應用。

自萊恩提出超分子的概念後,超分子與材料界的交叉與合作日益增多,人們更青睞於利用超分子得到可以兼顧各種性質的功能材料。人們對於超分子的靈感來源於生命現象,目前不僅將超分子材料應用於生命領域,還有其他的高尖端領域。在以後的發展中,超分子材料必將有更廣闊的市場。

作者\妙儀 編輯\尹嚞 圖片\喆喆 網絡

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