基于单组分凝胶因子主客体作用的多响应超分子水凝胶

摘要

超分子水凝胶由于其刺激响应性在药物释放、光学器件、致动器以及自愈合材料等领域受到关注。主客体相互作用具有高度选择性、可调节的结合常数以及特殊的空间效应，因此成为构筑超分子凝胶的一种重要驱动力。环糊精具有简单易得、溶解性好、易修饰以及低毒性的特点，是应用最为广泛的主体分子。但是，由于难以平衡凝胶因子的水溶性及凝胶能力，设计合成单组分主客体型的小分子凝胶因子仍然是一个挑战。 本文设计合成了三种末端含有不同长度烷基链的偶氮苯取代的β-环糊精衍生物，通过改变烷基链长度来调节其水溶性，其中β-CD-Azo-C8具有最低的最小凝胶化浓度。不同浓度下β-CD-Azo-C8凝胶因子的核磁氢谱以及广角X射线散射结果表明：偶氮苯基团是从β-环糊精较大的一端进入其空腔，形成头尾相连的超分子链结构。紫外-可见吸收光谱、二维ROESY核磁谱以及相转变温度测试结果表明：主客体作用以及氢键相互作用是形成水凝胶的驱动力。凝胶因子通过识别形成超分子链结构，由于环糊精含有大量羟基，能够形成分子间氢键，使得超分子链能够相互缠结形成纤维结构，通过纤维上的氢键进一步构建三维结构，最终锚定溶剂形成凝胶。偶氮苯以及β-环糊精基团的存在使得凝胶体系具有热、光、竞争主体及竞争客体响应。动态流变测试表明，随着凝胶因子含量升高，体系储能模量升高趋势符合Gompertz方程。当凝胶因子质量分数达到8wt%时，体系储能模量超过104Pa，具有自支撑能力。凝胶因子质量分数升高至15wt%时，体系储能模量趋于稳定，饱和模量为5.7×105Pa，说明此体系具有较好的抵抗形变的性质。

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