磁-光双功能性高分子-稀土络合物及其在单壁碳纳米管上的负载

摘要

磁-光双功能性材料因其磁、光双信号响应能力而在荧光成像、磁性分离、靶向识别、核磁共振成像等诸多高新技术领域拥有广阔应用前景。碳纳米管因其超大的比表面积和优异的热/电传导性、生物相容性和化学稳定性等而被广泛用做纳米载体。因此，将磁-光双功能性材料与碳纳米管（CNT）有机结合有望制备出性能更优异、应用领域更广泛的目标材料。
　　本研究中的高分子基磁-光双功能性材料（MFP）采用高分子-稀土络合物结构，其中稀土元素选为Dy3+。为验证该分子设计在构筑MFP上的可行性，研究中首先开展了基于二元共聚物（1-乙烯基咪唑-甲基丙烯酸聚乙二醇单酯共聚物）与Dy3+的络合物MFP-DB的制备工作。随后，为探明共聚物分子结构对磁-光性能的影响规律，以期制得具有期待性能的MFP，本研究还在上述二元共聚物基础上通过引入第三共聚单元—二异丙基对乙烯基苄基磷酸酯—合成了三元共聚物，经与Dy3+络合后制备了MFP-TB。针对MFP-DB与MFP-TB的磁、光性能研究表明：两者均具有固态磁、光双信号响应能力；两者的磁、光响应能力均具有Dy3+含量（[Dy3+]）依赖性，磁响应能力随[Dy3+]增加单调增大而光响应能力则在某一[Dy3+]下出现极大值（MFP-DB–13.7 wt％，MFP-TB–18.4 wt%）；在激发波长为510 nm时，两者均在575、622、768和830 nm处出现强荧光发射峰，其中622和830 nm处荧光发射峰峰弱对[Dy3+]无依赖性；两者均具有超顺磁性，磁化率在[Dy3+]=30.8 wt%时可达6.0×10-5 emu/g；在[Dy3+]相当（即磁性能相当）情况下，MFP-DB具有更高的768 nm近红外荧光发射强度，而MFP-TB具有更高的575 nm绿色荧光发射强度。最后，以MFP-DB为例，经由酯化反应实施了MFP在单壁CNT（SWNT）上的化学负载工作。在[Dy3+]相当（MFP-DB–21.3 wt%，负载产物MFP-DB-g-SWNT–20.9 wt%）情况下，负载产物在575 nm处具有与MFP-DB几乎相同的荧光发射强度，而在768 nm处则弱于 MFP-DB的荧光发射强度。定性研究显示 MFP-DB-g-SWNT具有比MFP-DB更灵敏的外磁场（0.3 T）响应能力。