基于柱芳烃的超分子聚合物水凝胶构筑与性能研究

Supramolecular polymer hydrogels have become one of hot research topics in the field of smart materials and bio-medicine because of their external environmental stimuli-responsiveness, strong mechanic strength, and good biocompatibility. The project aims to gradually progressive design and preparation of the pillararene-based supramolecular polymer hydrogel systems, which not only are responsive with multiple external stimuli based on the host-guest interactions of pillararene, but also can adsorb or release the dyes or drug molecules. This project will focus on: (1) Based on the host-guest interactions of pillararenes, the linear-polymer-based supramolecular polymer hydrogels are designed and fabricated, and their responsiveness with external environmental stimuli and the reversible transformation between hydrogels and solutions are studied; (2) The network-polymer-based supramolecular polymer hydrogels that have better mechanic strength are further designed and fabricated. Their structures, morphology, mechanic strength, swelling and shrinkage, recycling, responsiveness with external environmental stimuli, and the adsorption/release of dye molecules or drugs are studied. This project would help to develop the smart supramolecular polymer hydrogels and their potential applications.

超分子聚合物水凝胶因其具有外界环境刺激响应性与良好的机械强度以及生物相容性等在智能材料、生物医药等领域获得广泛关注。本项目逐步深入地构筑基于柱芳烃主客体作用的超分子聚合物水凝胶体系，其不仅具有较好的主客体作用调控的性能，而且可以用于染料、药物分子的包埋与可控释放。主要研究内容包括：（1）以柱芳烃主客体作用为基础，构筑基于线性高分子骨架的超分子聚合物水凝胶，研究其外界环境刺激响应性能以及水凝胶与溶液之间不同形态的循环调控；（2）进一步构筑具有更好机械强度的基于网状高分子骨架的超分子聚合物水凝胶，研究其形貌、机械强度、外界环境刺激响应性、溶胀与收缩、循环可逆，以及对染料、药物分子的包埋与可控释放。本项目的结果有望为开发智能型超分子聚合物水凝胶材料及其潜在应用提供依据。

超分子化学是创造具有新颖结构与功能，特别是具有智能响应性材料的一门学科。它是以弱相互作用力为基础，以自组装为驱动，以功能化为导向从而获得高级智能材料的重要手段，同时它与物理、电子、材料、生物等学科交叉融合产生新结构、新功能材料的重要方式。本项目以新型大环主体分子柱芳烃及其衍生物为研究对象，研究了柱芳烃与衍生物构筑的凝胶体系，及其在材料和生物医学中的潜在应用；并且进一步拓展了其他类型的新型大环主体分子，初步探究了其在分子识别与组装聚合等方面的研究。根据研究计划，本项目主要开展了以下研究内容：（A）以柱芳烃主客体作用为基础，构筑了基于线性高分子骨架的超分子聚合物水凝胶，研究了其外界环境刺激响应性能以及水凝胶与溶液之间不同形态的循环调控；（B）进一步构筑了具有更好机械强度的基于网状高分子骨架的超分子聚合物水凝胶，研究其形貌、机械强度、外界环境刺激响应性、溶胀与收缩、循环可逆，以及对染料、药物分子的包埋与可控释放；（C）开展了新型大环主体分子（CTX和Troger环番）的设计与合成及其在组装与识别方面的初步研究。本项目的研究结果为开发智能型超分子聚合物水凝胶材料及其潜在应用提供了依据，为获得性能优越的功能材料打下了良好的基础，尤其为以后设计和发展更高级、更复杂、更智能的超分子材料提供了支持。本项目研究计划执行情况良好，获得了一些高水平的研究成果。