CS:調節電荷互補多組分系統中的非共價相互作用來控制水凝膠特性

CS:調節電荷互補多組分系統中的非共價相互作用來控制水凝膠特性

CS:調節電荷互補多組分系統中的非共價相互作用來控制水凝膠特性

【摘要】

混合小分子凝膠劑是製備有用且令人興奮的材料的有前途的途徑,這些材料無法從任何單個元件中獲得。最近,

英國格拉斯哥大學Dave J. Adams教授團隊

透過

混合兩種非凝膠兩親物來描述 pH 觸發的水凝膠化。分子間的分子間相互作用可以透過控制組分的電離程度或透過製備途徑進行調節,這使能夠控制材料特性,如凝膠強度、凝膠剛度、熱穩定性和不尋常的收縮/膨脹行為。

相關論文以題為

Controlling hydrogel properties by tuning non-covalent interactions in a charge complementary multicomponent system

發表在《

Chemical Science

》上。

【主圖導讀】

CS:調節電荷互補多組分系統中的非共價相互作用來控制水凝膠特性

圖 1. (a) 化合物 1 和 2 的化學結構。

CS:調節電荷互補多組分系統中的非共價相互作用來控制水凝膠特性

圖 2. 1 和 2 混合物在 0.005 M (a) 和 0.011 M (b) NaOH 存在下的時間可變發射光譜。

CS:調節電荷互補多組分系統中的非共價相互作用來控制水凝膠特性

圖 3

在 pH 6。3 (a) 和 pH 9。9 (b) 下獲得的多組分凝膠 1 和 2 的共聚焦熒光顯微鏡影象(比例尺代表 20 μm)。(c) 顯示 SAXS 資料並擬合 PAF 獲得的系統。(d) 顯示 SAXS 資料並擬合 pH 迴圈後獲得的系統。對於 (c) 和 (d),黑色資料表示 pH 9。9 的多組分凝膠,紅色資料表示 pH 6。3 的多組分凝膠。

CS:調節電荷互補多組分系統中的非共價相互作用來控制水凝膠特性

圖 4

(a) 1 和 2 的多組分凝膠在 pH 6。3 (a) 和 pH 9。9 (b) 下分別加入 0。006 M NaOH 和 0。006 M HCl 時發射的時間變數變化。(c) 在 pH 9。9(頂部)和 pH 6。3(底部)下獲得的 (1 + 2) 水凝膠的照片,包括組裝後的 pH 變化。(d)卡通代表從1和2的混合物在不同pH下獲得的凝膠體積的途徑依賴性變化。(e) 不同方法制備的(1+2)水凝膠在不同 pH 值下的部分 FTIR 光譜。

CS:調節電荷互補多組分系統中的非共價相互作用來控制水凝膠特性

圖 5

(1 + 2) 水凝膠在 pH 6。3 (a) 和 pH 9。9 (b) 下直接(黑色)或透過 PAF 方法(紅色)製備的應變掃描實驗。(c 和 d) 照片顯示了從直接製備的凝膠在 pH 6。3 (c) 和 9。9 (d) 開始的連續 pH 變化下凝膠體積的變化。(e) 和 (f) 是分別代表從 (c) 和 (d) 獲得的各個凝膠的最終體積的條形圖。

【總結】

該團隊已經證明了 pH 觸發的多組分水凝膠化,涉及兩種具有相反可電離功能的非凝膠組分。

使用鹼對化合物進行順序去質子化導致不同的共組裝凝膠,其中靜電相互作用或芳烴堆積占主導地位並穩定氫鍵網路。

還可以透過改變製備途徑來調整分子間相互作用。我們的系統遇到了一個動力學障礙,當凝膠狀態之間的相互轉化透過組裝後 pH 值變化 (PAF) 進行時,會產生脫水收縮。脫水收縮的發生是由於分子堆積的重排,使分子能夠有效堆積並建立更強的分子間相互作用。與直接製備的凝膠相比,收縮的凝膠表現出更高的剛性。有趣的是,由於纖維疏水性的改變,透過 PAF 獲得的凝膠(即收縮凝膠)在連續 pH 變化時表現出可逆的溶脹/消溶脹行為。

電荷互補多組分凝膠的 pH 驅動收縮/膨脹很少見。通常,直接製備的凝膠表現出可逆的膨脹/收縮行為。團隊設計的系統的一個潛在優勢是直接製備的凝膠首先允許進入第二凝膠狀態在 pH 變化時具有更高的剛性(圖 4d)。

這種改性凝膠然後在進一步改變 pH 值時表現出可逆的溶脹/消溶脹(圖 4d)。因此,團隊不僅能夠透過改變 pH 值和製備途徑來控制機械效能,還能夠控制凝膠的空間程式設計(凝膠體積)。

參考文獻

doi。org/10。1039/D1SC02854E

頂部