材料體系中可逆共價鍵的引入能夠實現材料物理化學性質的可控調節，以及基於可逆交聯網絡實現材料的循環可塑利用。常見的可逆共價鍵聯接，如光敏性環加合物、希夫鹼、Diels-Alder加合物、二硫化物以及硼化酯等已被廣泛用於各種功能材料的製備。其中，光敏性的分子基團受外界光刺激調控，刺激強度可調，還具有遠程、精確、瞬時可控等優勢，成為該領域中用於構築可逆交聯網絡體系的熱點體系。
近日，美國佛羅里達大學的Brent S. Sumerlin研究團隊基於香豆素衍生物之間的光控可逆性[2+2]環加成反應，同時引入水溶性N,N-二甲基丙烯酰胺組分製備了水溶性線性聚合物。該聚合物在長波紫外（UV）光下可固化形成水凝膠，而該水凝膠又可在短波UV光輻射下重新變成可溶性聚合物。這種具有可逆交聯網絡體系的光敏性水凝膠在基於選區曝光光刻圖案化以及結合增材製造（additive manufacturing）構築中空水凝膠器件等方面展現出重要的應用前景。
光敏性水凝膠體系廣泛用於結構化器件構築。
在無引發劑條件下，365 nm UV光輻照能夠使香豆素衍生物間發生環加成反應生成交聯點，從而使水溶性線性聚合物轉變為凝膠體系；進一步採用254 nm UV光輻照能夠實現交聯點的破壞，恢復體系水溶性。基於上述可逆光誘導反應，結合選區光刻技術有望簡便實現不同圖案化水凝膠體系的製備，與其他軟物質材料共同採用增材製造（例如3D打印）構築3D器件，基於體系的光致溶解性能夠簡便實現中空水凝膠器件的構築。
光敏性水凝膠體系光控原理及應用示意圖。
研究團隊通過香豆素衍生物基團與N,N-二甲基丙烯酰胺的自由基聚合，構築水溶性光敏聚合物體系。該聚合物體系具有優異的光響應性，在365 nm/254 nm光輻照條件下能夠循環可控的實現共價鍵交聯的構築與解離。
光敏性水凝膠體系光響應性測試。
該光敏性丙烯酸基聚合物體系在實際的光控水凝膠圖案化以及光輻照中空水凝膠器件（如中空管、空心球等）增材製造（3D打印）應用中展現出優異的實際應用性；基於上述方案製備的中空PVA管能夠實現重力驅動下的液體傳輸。
光敏性水凝膠用構築中空水凝膠器件。
結論
該研究基於小分子間的光誘導環加成反應，將反應基團引入聚合物側鏈實現了具有可逆交聯點聚合物體系的製備。該光敏性聚合物體系溶液相中展現出優異的光控溶液-凝膠轉變特性。該特性使其在光刻圖案化凝膠製備以及光輔助3D打印製備中空水凝膠器件的應用中展現巨大的開發潛力，同時為其他智能響應性凝膠體系的構築及應用提供了借鑑。
原文
Photoreversible Covalent Hydrogels for Soft-Matter Additive Manufacturing
ACS Appl. Mater. Interfaces, 2018, 10, 16793–16801, DOI: 10.1021/acsami.8b02441
導師介紹
Brent S. Sumerlin
http://www.x-mol.com/university/faculty/4156
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