理化所高性能水溶性双光子光功能材料及仿生水

理化所在高性能水溶性双光子光学功能材料和仿生水凝胶微纳方面取得进展3D打印

中国科学院理化研究所仿生智能界面科学中心有机纳米光子学实验室研究员郑美玲团队近期在设计和应用方面取得进展水溶性双光子引发剂。在前人工作的基础上，进一步提出了高性能水溶性双光子光学功能材料的分子设计思路和策略，有效提高了双光子吸收截面和生物相容性，解决了两非水溶性材料的光子吸收特性。针对水溶性这一难题，设计合成了一系列高效水溶性双光子引发剂，并应用于仿生3D水凝胶结构的构建。相关研究成果发表在 ACS Applied Materials and Interfaces 上。

图1. 离子π共轭水溶性双光子引发剂的设计与合成

图 2. 主客体化学相互作用的量子化学模拟

图 3. 仿生 3D 水凝胶细胞支架的构建

研究人员正在使用离子 π 共轭系统来提高双光子引发剂的水溶性和双光子吸收特性，还通过结合不同的疏水基团来调节其生物相容性。在水性环境中的双光子聚合过程中，以具有较大内腔尺寸和良好水溶性的葫芦脲7为主体包裹引发剂分子。通过改变聚合微环境，进一步改善了双光子聚合。吸收截面，从而提高起爆效率。等温量热滴定试验和量子化学模拟结构表明，主客体化学相互作用后配合物的最佳配合比为1:1。研究人员将这种新型水溶性引发剂与水溶性单体结合，设计出一种简单的水相聚合感光材料，并实现了仅3.7 mW的聚合阈值，水性环境中最小线宽180 nm的构建高精度仿生水凝胶结构。

研究人员使用这种光敏系统实现了具有良好结构保真度和机械性能的仿生 3D 水凝胶细胞支架的 3D 打印。他们研究了支架上细胞的生长行为，并用荧光探针进行了标记。并且显微成像研究证实该类引发剂具有良好的生物相容性，为水凝胶材料在组织工程领域的应用提供了科学依据。

据悉，该研究工作得到了科技部纳米重点项目、国家自然科学基金面上基金、中国科学院国际合作伙伴计划的支持科学。

出处丨理化所

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文章来源：《功能材料与器件学报》 网址: http://www.gnclyqjxb.cn/zonghexinwen/2021/0625/1057.html