基于氢键作用由低分子量凝胶因子形成的超分子水凝胶

利用对羟基吡啶及均苯四甲酸合成的超分子单体, 基于分子间氢键作用, 在水中成功地制备出了具有温度响应性的超分子凝胶, 研究了制备条件对凝胶结构的影响.     

超分子聚合物凝胶

作为非常重要的软物质材料,超分子聚合物凝胶代表了一个全新的概念和更复杂的凝胶体系.这种新型的超分子体系的构建,是基于多种非共价相互作用协同的多层次组装.即小分子构筑基元首先组装成为超分子聚合物,而这些非共价聚合物的多层次组装形成凝胶的纳米结构.超分子聚合物凝胶无论是在结构上,还是在性能上都具有很多崭新的特点.因此,尽管有关超分子聚合物凝胶的研究开展的时间还很短,这一体系所表现出的独特性以及巨大潜力已经引起科学家们越来越广泛的关注.本文简要综述了这一领域的最新进展.主要论述基于多种非共价相互作用的超分子聚合物凝胶的构建以及对其力学性能的调控.     

葫芦[n]脲超分子水凝胶的研究进展

超分子化学的发展一直是众多研究者所关注的一大热点,葫芦[n]脲作为第四代大环主体分子,拓宽了超分子化学领域的发展.水凝胶是一种具有可拉伸性、生物相容性、环境响应性等多种优异性能的软材料.人们充分利用葫芦[n]脲优异的分子识别能力和配位能力,研究出了一系列具有特殊功能的超分子水凝胶材料.本文在结合葫芦[n]脲特点的基础上...     

基于均苯三甲酸与对羟基吡啶的超分子水凝胶

以均苯三甲酸和对羟基吡啶为原料, 采用简便方法合成了一种新的凝胶因子, 并采用1H NMR、IR和元素分析确认其结构. 红外光谱中2849和1894 cm－1处出峰证明羧基与吡啶基间形成了氢键. 在凝胶化过程中, 凝胶因子可自组装形成纤维状网络结构. 随着凝胶因子浓度的增加, 纤维搭接逐渐致密, 凝胶网络密度逐渐增大, 可冻结水含量逐渐增加. 因此, 通过改变凝胶因子浓度可有效控制凝胶的结构及性能. 该凝胶因子在较低浓度下形成的超分子水凝胶在100 ℃下也能够稳定存在.     

环糊精超分子水凝胶

本文综述了近年来基于环糊精包合作用的超分子水凝胶的研究进展,主要包括：环糊精与线性、星型、接枝、超支化聚合物包合形成的多聚(准)轮烷自组装制备超分子物理凝胶及功能化多聚(准)轮烷经交联反应制备超分子化学凝胶;环糊精、环糊精二聚体及其水溶性聚合物与带疏水性侧基的聚合物经“锁-钥匙”包合作用形成超分子物理凝胶;及其在药物、基因释放载体与组织工程支架中的应用。着重介绍了剪切、温度、pH值、光等刺激-响应性超分子水凝胶的设计与制备。     

超声作用对超分子水凝胶结构及性能的影响

采用一种简便方法,以戊二酸酐和3-羟基2-氨基吡啶合成了一种新的凝胶因子3-羟基-2-[N-(羧丙基羰基)氨基]吡啶(简称SWG),并采用IR、1H-NMR和元素分析确认其结构.红外光谱中2576cm-1和1906cm-1峰的出现证明羧基与吡啶基间形成了氢键.于20°C的超声仪中冷却1.5wt%的SWG水溶液,在1min内形成了超分子水凝胶.基于扫描电子显微镜(SEM)、示差扫描量热仪(DSC)及凝胶-溶液破坏温度(Tgel)分析表明,在凝胶化过程中,SWG自组装形成纤维状网络结构.随着超声功率由200W增加到500W,纤维宽度由8μm逐渐减小到2μm,凝胶网络密度逐渐增大,可冻结水含量逐渐增加,Tgel从60℃增加到70℃.因此,通过改变超声功率可有效控制凝胶的结构及性能.进一步增加SWG的浓度,可使纤维宽度及网络密度均增加,并导致凝胶的Tgel升高.采用多晶X射线衍射仪(XRD)分析表明,在凝胶形成过程中,SWG分子自组装出现明显的择优取向.     

氢键结合超分子水凝胶的形成与结构调控

近年来,依靠单体单元间可逆和高度取向的非共价作用力形成超分子聚合物(supramolecularpolymer)得到广泛关注[1,2].在溶液中,超分子单体单元之间通过非共价键相互作用,形成三维网络结构并将有机溶剂或水包裹形成超分子凝胶[3,4].相对于聚合物凝胶,超分子凝胶具有以下优点.(1)生     

基于偏苯三甲酸与对羟基吡啶复合物的超分子水凝胶

基于偏苯三甲酸和对羟基吡啶合成了一种具有支化结构的凝胶因子,采用氢核磁、红外光谱及元素分析确认其结构.该凝胶因子熔体在冷却时可拉出数厘米的长丝,表明分子间形成了强相互作用.将凝胶因子的水溶液分别在25℃和0℃下自然冷却、以及在25℃的超声作用下冷却,凝胶因子自组装成纤维状网络结构并使水凝胶化,纤维网络的密度及凝胶的稳定性均按上述凝胶形成条件顺序增加.通过干凝胶能谱面扫描分析发现氮元素主要处于纤维内部,表明两亲性凝胶因子对分子自组装的影响.通过分析邻苯二甲酸与对羟基吡啶复合物、偏苯三甲酸的单晶结构表明,凝胶因子基于多种氢键识别作用组装成纤维结构.干凝胶的粉末X射线衍射分析表明在凝胶化过程中凝胶因子沿着特定方向进行组装.     

基于均苯三甲酸与4-羟基吡啶的超分子水凝胶

以均苯三甲酸和对羟基吡啶为原料,采用简便方法合成了一种新的凝胶因子,并采用1H NMR、IR和元素分析确认其结构.红外光谱中2849和1894cm-1处出峰证明羧基与吡啶基间形成了氢键.在凝胶化过程中,凝胶因子可自组装形成纤维状网络结构.随着凝胶因子浓度的增加,纤维搭接逐渐致密,凝胶网络密度逐渐增大,可冻结水含量逐渐增加.因此,通过改变凝胶因子浓度可有效控制凝胶的结构及性能.该凝胶因子在较低浓度下形成的超分子水凝胶在100℃下也能够稳定存在.     

高通透超分子水凝胶:开拓组织再生新思路

清华大学刘冬生等用DNA超分子水凝胶负载神经干细胞对脊髓全横断损伤的大鼠进行治疗,使其运动功能显著恢复.研究发现材料的高通透性是干细胞响应自体原位信号调控,实现在损伤部位增殖、分化形成具有完整功能的新神经网络的关键.该项研究为未来的组织再生研究开拓了新思路.     

具有电化学敏感性的超分子交联点及其水凝胶研究

本文通过主体分子环糊精（CD）和客体分子二茂铁（Fc）之间的包结络合作用,在CD稳定的CdS量子点（CD@QD）表面成功地引入了可聚合双键.所得超分子结构能够作为交联点与N,N-二甲基丙烯酰胺（DMA）单体共聚制备杂化超分子水凝胶（Fc-Gel）,称为超分子交联点（Fc-SCL）.Fc还赋予了该结构良好的电化学敏感性.随着Fc-SCL含量的增加,Fc-Gel的力学性能有所增强.此外,该凝胶还具有良好的荧光性质.实验表明,在凝胶形成过程中,CD和Fc之间的包结络合起了关键的交联作用,因此这种凝胶是一种由超分子作用诱导的有机-无机杂化水凝胶.     

超分子水凝胶作为胰岛素缓释体系的研究

利用α-环糊精(α-CD)与含有聚乙二醇(PEG)链段的聚合物Pluronic F127的超分子作用制备水凝胶.该物理交联水凝胶的交联点包括α-CD与PEG链包合物堆积形成的微晶区和聚合物疏水链段聚集区.优化水凝胶组分,得到具有较低固含量和较短凝胶化时间的体系用于胰岛素的负载和释放研究.通过X射线衍射(XRD),扫描显微镜(SEM)对水凝胶结构进行表征.通过紫外分光光度计监测胰岛素的释放过程,结果表明,水凝胶释药时间约为65 h,且释放曲线较为平缓.细胞毒性实验结果表明该水凝胶材料对细胞生长无明显抑制作用.小鼠体内释药实验结果表明该水凝胶载体对延长胰岛素的释药时间有一定效果,可作为多肽类药物的缓释体系.     

超分子金属凝胶

近年来,超分子凝胶已逐渐发展为一类具有广阔应用前景的智能/功能性纳米材料。目前研究的大部分超分子凝胶利用的是氢键或者分子堆积作用,而配位键这一在超分子化学中同样重要的作用在凝胶合成上的应用则远远不足。由于引入金属离子后能够给凝胶带来光电、催化、氧化还原等新的性能,因此超分子金属凝胶的研究也在近年来得到升温。本文首先给出超分子金属凝胶的定义,接着通过实例具体介绍基于凝胶因子和配位聚合物两种形式的超分子金属凝胶,将分子结构特别是其中的配体基团、所用金属离子和凝胶的性质、功能联系起来,最后简介异常的超分子金属凝胶行为。     

基于低分子量凝胶因子的超分子水凝胶：从结构到功能*

基于低分子量凝胶因子的超分子水凝胶由于其良好的刺激相应性及生物相容性,在智能凝胶、组织工程等方面有广泛的应用前景。而凝胶因子的设计制备与凝胶机理的研究已成为其发展的关键,本文在介绍超分子凝胶的基本概念的基础上,综述了超分子水凝胶近期的研究进展,主要介绍了凝胶因子的种类及超分子水凝胶的应用,并对超分子凝胶领域的国内外研究现状及前景进行了评述。     

超分子均苯四甲酸/对羟基吡啶水凝胶中纤维状聚集体结构与性能的关系

采用1H-NMR和FT-IR表征了在摩尔比1∶4条件下,由均苯四甲酸和对羟基吡啶合成的一种凝胶因子(G2).通过在室温下冷却G2的水溶液,形成了超分子水凝胶.采用扫描电子显微镜(SEM)、示差扫描量热仪(DSC)和流变仪等多种技术研究了冷却速率对凝胶的组装纤维结构及宏观性能的影响.随着冷却速度的降低,纤维尺寸变大而凝胶的稳定性降低.因此,可以通过环境因素来控制凝胶的性能.采用流变仪分析表明凝胶具有高的机械强度.DSC分析结果表明随着凝胶因子浓度的增加,凝胶中可冻结水的含量降低.相对于在摩尔比1∶2条件下,由均苯四甲酸和对羟基吡啶合成的凝胶因子G1,在相同浓度下,G2在更高的最低凝胶因子浓度(MGC)使水凝胶,并且得到的凝胶具有更低的凝胶-溶胶破坏温度(Tgel).利用环境扫描电镜(ESEM)直接观测了实际含水状态下凝胶的形貌,结果表明采用常规SEM观测到的纤维状网络与ESEM的结果一致,这说明在干燥过程中形貌并未发生太大变化.组装体结构和性能关系有助于认识凝胶形成机理并使凝胶满足不同的应用.     

分子印迹智能水凝胶的研究进展

智能水凝胶可以响应外界环境(如温度、pH、溶剂、离子强度、电场、磁场、光、压力和特异分子等)的变化,发生可逆体积相变,从而具有控制释放的能力.将分子印迹技术引入智能水凝胶,制备分子印迹智能水凝胶,不仅可以保持其环境响应性,更赋予其对特异分子的识别性能,从而可以根据外界环境的变化控制其对特定分子记忆功能的开关,实现自动识别并结合或释放特定分子.它有望应用于药物控释、生物传感和免疫分析等领域.本文综述了分子印迹智能水凝胶的研究现状,讨论了其目前所面临的挑战,并展望了其发展前景.     

基于柱[5]芳烃主客体包结构筑分子响应型超分子水凝胶

主客体相互作用是在水溶液中与大环主体分子形成稳定的包结物的理想驱动力.以功能化的苯并咪唑衍生物为客体(M),水溶性柱[5]芳烃为主体构建了一种分子响应型超分子水凝胶.通过1H NMR, 2D NOESY和扫描电子显微镜(SEM)研究了水凝胶的成凝胶机理.有趣的是,主客体包结作用、柱[5]芳烃间有序的"外腔"π-π相互作用和分层堆积对于获得超分子水凝胶是必不可少的,非共价键相互作用的动态可逆性使凝胶体系对温度变化/化学刺激产生响应.此外,加入竞争性客体己二腈(ADN)/百草枯(PQ)后,柱[5]芳烃基水凝胶可转化为溶胶.因此,该超分子水凝胶可以选择性识别有机分子.     

胆酸超分子凝胶化学

胆酸来源丰富,价格低廉,在生命过程中发挥着重要的作用。与胆固醇不同,胆酸以其结构和修饰途径的多样性,以及独特的双亲结构备受超分子化学工作者关注。近年来以胆酸为基本构筑单元的小分子胶凝剂创制及其相关凝胶的研究取得了重要的进展。本文从胆酸衍生物结构设计到胆酸衍生物凝胶构建,概要介绍了胆酸超分子凝胶及其性能研究进展。在此基础上,简要阐述胆酸超分子凝胶材料的潜在应用。     

超分子凝胶中的光化学反应

超分子凝胶中的光化学反应是比较特殊的一类反应,通常是将具有光响应活性的基团或分子引入到超分子凝胶的自组装体系中,因此,能够将超分子凝胶独特的性质与光化学反应的优势有效地结合起来,构筑新型的光功能材料,这使得此类超分子凝胶在光信息存储、光开关及光转换器件等前沿领域具有广阔的应用前景.本文主要总结近年来国内外包括作者课题组对超分子凝胶中光化学反应方面的研究进展,以及其在多重响应凝胶、手性光学开关以及手性合成方面的应用.