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中科大马明明教授课题组 ACS AMI:通过构建能量传递网络实现可编程的多重响应聚合物驱动器

中科大马明明教授课题组 ACS AMI:通过构建能量传递网络实现可编程的多重响应聚合物驱动器 高分子科技
2022-03-12
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导读:将三种功能高分子(聚苯胺、聚N-异丙基丙烯酰胺、聚二甲基硅氧烷)作为节点进行组装,构筑了一种简单的能量传递网络...
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外界刺激作用到细胞受体上会产生细胞内信号,通过信号通路实现信号的传递、放大和调节。信号通路由多种生物功能分子通过相互调控作用构成。不同的信号通路经常以同一种生物功能分子为节点连接成网络结构,使细胞能够感知多种外界刺激并做出的复杂而精巧的细胞应答。如果把现有的功能聚合物作为节点,通过合适的信号传递(能量传递)机制将多个节点连成网络,所得的聚合物复合材料就有可能模拟细胞中的信号通路网络的功能,并进一步制备出可编程的多重响应驱动器。

近期,中国科学技术大学化学系马明明课题组将三种功能高分子(聚苯胺、聚N-异丙基丙烯酰胺、聚二甲基硅氧烷)作为节点进行组装,构筑了一种简单的能量传递网络(图1)。所得复合材料的结构和功能可以被三种因子(pH,聚乙二醇,kosmotropic离子)调节,进而可以对六种外界刺激(光、电、温度、湿度、离子强度、有机溶剂)做出可调控的快速响应(图2)和模态变化(图3)。以此复合材料制备出的柔性驱动器可输出接近肌肉的机械力(0.32 MPa)(图2),并且可以对多种外界同时刺激或序列刺激产生可编程的响应,可用作可编程的开关和具有自适应性的柔性抓手(图4)。该工作以“Programmable Multistimuli-Responsive and Multimodal Polymer Actuator Based on a Designed Energy Transduction Network”为题在线发表在《ACS Appl. Mater. Interfaces》上(ACS Appl. Mater. Interfaces, 2022, acsami.2c01549)。中科大博士生晏秀男和博士后陈青是文章的共同第一作者。该研究得到国家自然科学基金委的支持。



1. 以功能聚合物作为节点构筑能量传递网络的设计原理图。

 

 

2. 复合材料在光、电刺激下做出快速且强有力的响应。

 

 

3. 复合材料在湿度、温度、离子强度等刺激下发生可逆的模态变化。

 

 

4. 复合材料对多种同时刺激或序列刺激产生可编程的响应,可用作可编程的开关和具有自适应性的柔性抓手。


该工作是马明明课题组近期关于功能高分子组装体相关研究的最新进展之一。模仿生物大分子的合成和组装方法,通过功能基元的结构匹配实现有序组装,是设计制备多功能集成的软材料、并迈向智能软材料的有效策略。为此,课题组发展了可控合成和组装功能基元的多种方法,实现了多种光、电功能软材料的功能拓展和集成,并向智能化迈进。近期的代表性成果包括:利用复合材料的微观内应力调控柔性驱动器的宏观响应模式,实现湿度驱动的连续螺旋运动(ACS Appl. Mater. Interfaces, 2019, 11, 20473); 通过“刚柔并济”的分子组装策略制备兼具高强度和高韧性的柔性导电聚合物材料(Chem. Eng. J., 2021, 405, 126915; Chem. Eng. J., 2019, 368, 933Nat. Commun., 2018, 9, 3579; 通过有机和无机纳米基元的有序组装和结构调控实现SERS热点结构和功能的调控(Adv. Funct. Mater. 2022, 32, 2108556; Nano Research, 2021, 14, 275);通过超分子组装实现高效级联的能量传递,从而实现多色长时间的化学发光(ACS Nano, 2020, 14, 3, 3696Nat. Commun., 2017, 8, 1003)。


论文链接:

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.2c01549


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