双重自振荡智能高分子水凝胶的研究

本项目首次设计合成一种具有双重自振荡功能的智能高分子水凝胶。将Belousov-Zhabotinsky反应和β-环糊精/二茂铁主客体识别体系共同引入到高分子水凝胶中，BZ反应的自振荡引起β-环糊精/二茂铁主客体分子识别的自振荡。在不影响水凝胶本身特定功能的前提下，通过利用Belousov-Zhabotinsky反应的钌催化剂价态度周期性变化和β-环糊精/二茂铁体系的周期性主客体分子识别产生的双重自振荡的共振提高自振荡频率和振幅。期望为自动传动器、脉冲发生器、微型机器、生物体中药物缓释等提供新的理论依据和应用技术；并且有望进一步揭示自然界中的非动态平衡现象和生命本质的机理与影响规律，丰富和发展智能高分子水凝胶的理论研究和应用领域。

本项目将动态超分子作用和动态共价键与化学自振荡反应相偶合，基于动态超分子作用和动态共价键的可逆、可控性质与自振荡反应自主、可逆、循环变化的特点，构建了两类具有自调节功能的高分子智能体系。通过构建Belousov–Zhabotinsky（BZ）自振荡反应体系和pH振荡体系，并研究了影响BZ振荡反应体系和pH振荡体系的振荡周期和pH振荡范围的因素，实现了BZ振荡反应体系与动态超分子体系和不同的pH振荡体系与动态共价键pH响应性的匹配性。以此为基础，基于动态可逆超分子作用与BZ反应相偶合，构建了具有自调节功能高分子智能体系，研究了BZ反应体系物理性质的变化和超分子的结构和组成对具有自调节功能的超分子自组装智能体系影响以及自振荡性能，探索了网络结构对自振荡智能高分子体系的影响和作用机理；基于动态共价键与pH自振荡反应相偶合，构建了具有pH响应的自调节功能高分子智能体系并对其自振荡性能进行了研究，实现了嵌段共聚物和宏观凝胶在pH振荡体系中的自主、循环、可逆自组装，探索了其组装动力学和组装机理。基于对自振荡体系对宏观凝胶的自组装行为的研究，初步探索了其潜在应用，实现了具有温敏性双层凝胶的弯曲行为，并制备了“凝胶手”实现了手指的“抓拿”物体的功能。. 本项目已发表论文7篇，其中SCI收录5篇，影响因子大于6的论文2篇；发表国内会议论文2篇。本项目所取得的研究成果不仅在分子或基团间微观作用的可视化研究方面具有重要价值，而且为设计仿生功能材料、模拟自然界中的生命现象提供了一种新的思路和方法，对具有自调节功能的超分子智能体系发展具有重要指导意义，将进一步丰富和拓展该领域的理论研究和实际应用。