陈涛课题组在智能荧光高分子水凝胶的材料构建及其功能协同方面取得新进展

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　智能荧光高分子水凝胶是一类具有可调发光性能的高分子软材料，由于其三维聚合物交联网络中包含大量的水分子，在合适的外界刺激作用下，易与周围的水溶液发生物质交换，诱导水凝胶的溶胀或去溶胀，同时伴随着发光颜色或强度的显著变化，因而在仿生驱动、传感检测、信息存储加密等方面有着很大的应用潜力。如何通过高分子水凝胶的组成结构设计，来实现荧光性能与其他性能（如自修复、形状记忆、智能驱动等）的功能协同以满足特定的应用需求，成为需要格外关注的关键问题。

　　近年来，中国科学院宁波材料技术与工程研究所智能高分子材料课题组陈涛研究员、路伟副研究员在智能荧光高分子水凝胶的分子设计与材料构建方面开展了大量的基础研究工作（Sci. China Mater.2019, 62, 831;ACS Sensors 2018, 3, 2394; J. Phys. Chem. C2018, 122, 9499;Macromol. Rapid Commun.,2018, 39, 1800648; Macromol. Rapid Commun.2018, 39, 1800130; ACS Appl. Mater. Interfaces 2017, 9, 23884），并探索了其在传感检测和仿生驱动方面的应用。例如，通过以滤纸为基底构建了一种Hg2+响应性的荧光高分子水凝胶复合材料，其可以协同滤纸的毛细作用和水凝胶的超亲水特性，实现水溶液和食品中Hg2+的快速和高灵敏性检测（Adv. Mater. Technol. 2018, 1800201，Highlighted on Advanced Science News)；通过构建一种基于萘酰亚胺荧光团的pH响应性高分子水凝胶，其不仅可用于水环境pH值的检测，还可以利用离子印染的方法来实现水凝胶表面荧光强度的时空调控（ACS Macro Lett. 2019, 8, 937）；利用不同响应性的（荧光）高分子水凝胶功能模块的超分子宏观组装，开发了一种具有3D复杂驱动-智能变色双功能协同的仿生高分子水凝胶驱动器（Adv. Funct. Mater. 2018, 1704568）。


　　近日，该团队在Advanced Functional Materials上报道了一篇基于荧光高分子水凝胶的智能荧光响应、形状记忆和自修复等多功能协同以实现三维信息存储加密应用的新工作，题为“Three-Dimensional Fluorescent Hydrogel Origami for Multistage Data Security Protection”（DOI: 10.1002/adfm.201905514）。该工作利用苝四甲酸功能化明胶和聚乙烯醇水溶液的多次冷冻解冻循环获得高强度荧光高分子水凝胶，其表现出典型的Fe3+诱导荧光猝灭现象，用Fe3+溶液为“墨水”就可以在其上负载文字、图案等信息。此外，由于聚乙烯醇在硼砂溶液中易于形成高密度的动态硼酸酯键，该水凝胶也表现出优异的形状记忆和自修复性能。通过与中国传统的折纸技术相结合，该团队协同利用形状记忆和自修复性能，成功将负载了信息的2D水凝胶片“搭建”成形状各异的3D水凝胶信息载体，实现了基于荧光高分子水凝胶的三维信息存储和加密。


　　以上工作得到了国家自然科学基金（21774138，51773215）、中科院前沿科学重点研究项目（QYZDB-SSW-SLH036）、中国科学院青年创新促进会（2019297，2017337）等项目的资助。


陈涛，博士，宁波材料所研究员，博士生导师。入选第二批中组部“青年##计划”。2006年毕业于浙江大学化学反应工程国家重点实验室，获得高分子化学与物理博士学位。先后于2006年到2007年在英国华威大学(University of Warwick)化学系及于2007年到2010年在美国杜克大学(Duke University)材料科学与工程系从事博士后研究；2010年到2012年，作为洪堡学者在德国德累斯顿工业大学(Technische Universität Dresden)化学系从事科研工作。2012年入选第二批中组部“青年##计划”后，加入中科院宁波材料所，组建智能高分子材料课题组。在Chemical Society Review, Progress Polymer Science, Advanced Materials, Advanced Functional Materials, Chemical Science, Chemistry of Materials, Small, Chemical Communications, ACS Appl. Mater. Interfaces, Journal of Materials Chemistry A-C, Polymer Chemistry, Scientific Report, Macromolecular Rapid Communications, Langmuir, Soft Matter, Advanced Materials Interfaces, Journal of Physical Chemistry B和Polymer等期刊上发表一作/通讯作者SCI学术论文70余篇，共发表SCI论文120余篇，引用1900余次，H因子为24，合作出版专著4本，申请15项国家发明专利，5项获得授权。


路伟，博士，宁波材料所副研究员，硕士生导师。1987年出生于安徽省怀远县。2008年6月于浙江大学高分子科学与工程学系获得工学学士学位；2014年6月博士毕业于浙江大学高分子科学与工程学系，师从江黎明教授；2014年7月以博士后、助理研究员身份加入中科院宁波材料所高分子事业部智能高分子团队，并于2016年12月晋升为副研究员。目前主要从事智能高分子发光材料的构建及其在化学传感、形状记忆和智能驱动方面的应用研究工作，以第一作者身份在Chem. Soc. Rev., ACS Appl. Mater. Interfaces, Chem. Commun., J. Mater. Chem. B等国际期刊上发表学术论文10篇，申请中国发明专利2项，授权1项。现承担宁波市自然科学基金项目、国家自然科学基金青年项目及1项企业横向课题。