南开大学刘育教授团队发展了一种自分类调控超分子多色荧光水凝胶
可调制多色荧光水凝胶，尤其是白色荧光的水凝胶在化学传感器、发光材料等领域具有潜在的应用，因而备受关注。传统的超分子荧光凝胶通常是由荧光小分子修饰的聚合物通过非共价相互作用如主-客体相互作用、π-π相互作用、氢键或金属配位作用等形成的（图1，strategy I），但是一旦凝胶通过这种“原位”构筑的方式成型，由于荧光基团已经螯合在凝胶中，再对凝胶的荧光发射波长进行调节就会变得十分不易。
近日，南开大学刘育教授团队发展了一种自分类调控超分子多色荧光水凝胶的构筑方法，利用超分子凝胶网络溶胀吸收多种荧光小分子而不互相干扰，成功实现了凝胶材料荧光的多色调制，为构筑荧光可调制软材料提供了一种新的方法（图1，strategy II）。
图1. 构筑荧光水凝胶的策略（策略I：溶胶-凝胶转化法，直接将荧光发色团螯合到凝胶中；策略II：凝胶在荧光小分子溶液中溶胀、吸收并正交键合荧光小分子）。
他们首先设计合成了如下图所示具有良好溶胀性能的水凝胶，这种水凝胶含有两种互不干扰的键合位点（金刚烷基团和磺化杯[4]芳香烃基团，图2），其中磺化杯[4]芳香烃对水凝胶的高度溶胀起到关键性的作用，并且这种高度溶胀性能提升了荧光分子进入水凝胶的扩散速率。这两个键合位点可以分别键合染料分子四苯乙烯修饰的β环糊精（TPECD，蓝色荧光）和4-[4-（二甲基氨基）苯乙烯基]-1-甲基吡啶鎓碘化物（DASPI，橙色荧光）而不互相干扰，并且键合作用可以大幅度增强染料的荧光发射强度。他们还通过调节凝胶溶胀过程中外液TPECD和DASPI的浓度比例，成功构筑了可以发出蓝色、黄色，特别是白色荧光的超分子水凝胶。与已知的用于构筑发光凝胶的方法相比，先构筑凝胶、后引入荧光基团制备可调节荧光水凝胶的方法非常简便，为水凝胶在可调控有机发光显示器或光学器件中的应用奠定了基础。
图2. 水凝胶的构筑
该工作展示的不同主-客体对之间发生分子识别而不相互干扰的现象称为“自分类”现象，而这种“自分类”行为可以使超分子体系在分子水平的“正交组装”，甚至可以实现在宏观尺度的自组装。刘育团队已经开发了几种“自分类”超分子体系，这些体系在分子机器、超分子聚合物和生物医学等领域都体现出潜在的应用价值（Chem. Eur. J.,2014, 20, 15108; J. Mater. Chem. B, 2015, 3, 8170）。而利用水凝胶的溶胀性质以及超分子“正交识别”的双重作用，简单有效地构筑多色荧光的水凝胶进一步拓展了超分子技术的应用。
图3. 凝胶在溶胀过程中超分子正交键合的示意图
这一成果近期发表在Chemical communications 上，文章由刘育教授悉心指导完成，第一作者为南开大学的博士研究生赵倩。
论文链接：
http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2018/cc/c7cc08822a#!divAbstract
来源：X-MOL
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