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未来的智能材料——超分子材料 日期:2020.05.13


在1987年,莱恩(Lehn J. M.)、克拉姆(Cram D. J.)和彼得森(Perterson C. J.)三人共同获得了诺贝尔化学奖,作为获奖的原因,莱恩提出的超分子(supermolecular chemistry)概念终于来到了人们的视野之中,并且广受关注。与此同时,克拉姆提出的主-客体化学理论(host—gust—chemistry)也得到了广泛的发展,一大批新型的具有自组装识别能力的冠醚出现在了科技的飞速进步中。

超分子化学的日益发展,使得人们开始从传统的聚合物的开发与合成提出更新的观念。由于超分子体系可以形成高度有序的功能组装体,并可在一定条件下进行解组装行为,这就为人们制备动态的超分子材料提供了基础。近年来,由于氢键作用对聚合物的性质,尤其表现在热力学、力学、微观自组装及结晶行为等具有重大影响,含氢键超分子聚合物的设计越来越受到了广泛的关注。

其中一种含四重氢键结构的脲基嘧啶酮结构的超分子体系,即UPy体系,是一种具有很高二聚常数的AADD-DDAA形式的四重氢键体系已经被广泛的应用于高分子材料领域,其对于聚合物性能的改善具有显著作用。近年来,含UPy体系超分子材料的发展一直处于上升趋势,人们通常把UPy基团以端基形式接到聚合物的两端,借助于四重氢键的作用,聚合物的力学性能、热力学性能及微 观形貌都有了一定的改观。

对于UPy体系超分子聚合物材料,我们最直接的应用就是可以作为一种自修复材料进行使用,该种材料在材料发生表面破损或者断裂后,通过一定的温度条件,或者是一定时间可以恢复到断裂前的状态,无论力学性能还是热性能,都会跟以前毫无差别。与此同时,鉴于超分子材料的特性,我们可以广泛的应用于生命医学方面,目前很多超分子材料具有生物相容性,可以作为药物缓释材料,细胞培养支架等智能材料使用,例如,超分子水凝胶化合物以低浓度在水溶液中通过非共价相互作用自组装形成的凝聚体系,因其环境敏感性、低免疫原性及低细胞毒性而广受关注。另外,根据超分子材料的特性,我们还可以应用于3D打印,通过其与生物相容性极好的PCL(聚己内酯)或PLA(聚乳酸)结合,可以更广泛的应用于骨骼如股骨头等的替代以及一些体内医疗支架的应用。

自莱恩提出超分子的概念后,超分子与材料界的交叉与合作日益增多,人们更青睐于利用超分子得到可以兼顾各种性质的功能材料。人们对于超分子的灵感来源于生命现象,目前不仅将超分子材料应用于生命领域,还有其他的高尖端领域。在以后的发展中,超分子材料必将有更广阔的市场。

作者\妙仪 编辑\尹嚞 图片\喆喆 网络