東華大學魯希華組構建“軟球”凝膠光子晶體固定化新方法

　　 東華大學化學化工生物工程學院教授魯希華課題組首次實現利用溫度觸發的溶膠—凝膠化轉變過程將溫敏性納米水凝膠光子晶體固定化，相關研究成果近日發表于《材料視野》，并被選為封面文章。

　　魯希華、李雪婷為共同通訊作者，博士生李曉曉為第一作者，東華大學為第一單位。

　　具有溫度響應性的基于聚N—異丙基丙烯酰胺（PNIPAm-based）的“軟球”凝膠光子晶體（CPCs），在相變溫度以上，由于顆粒急劇收縮，導致結構色以及晶體結構的消失。目前，常規解決方法是凝膠固定化，即將凝膠光子晶體通過不可逆的共價鍵“嵌入”另一個水凝膠基質中。該方法制備過程復雜、低效且耗時。因此，開發一種有效的方法來固定脆弱的基于聚N—異丙基丙烯酰胺的凝膠光子晶體具有重大意義。

　　為此，研究人員首次提出了在保持凝膠光子晶體有序結構前提下，利用溫度觸發的溶膠—凝膠化轉變將基于聚N—異丙基丙烯酰胺納米水凝膠光子晶體固定化。

　　研究團隊首先制備了聚N—異丙基丙烯酰胺納米水凝膠，以該納米水凝膠為母液，引入丙烯酸（AA）單體，并引發原位聚合，制備了具有互穿網絡（IPN）結構的聚N—異丙基丙烯酰胺/聚丙烯酸（PNIPAm/PAA）納米水凝膠。待該納米水凝膠自組裝為凝膠光子晶體后，將溫度升至相變溫度以上，通過聚N—異丙基丙烯酰胺疏水基團之間的物理交聯作用使具有互穿網絡結構的納米水凝膠發生原位溶膠—凝膠化轉變。由于聚丙烯酸網絡抑制了聚N—異丙基丙烯酰胺網絡的收縮，因此，具有互穿網絡結構的凝膠光子晶體在相變溫度以上仍具有高度有序結構，且實現了晶體結構在溶膠-凝膠化過程中被固定。

　　同時，該研究團隊還探討了固定化具有互穿網絡結構的凝膠光子晶體的條件，及凝膠光子晶體的濃度對凝膠化溫度的影響。

　　專家表示，這項研究的意義在于提供了一種實現凝膠光子晶體結構固定化的新方法，這將是“軟球”凝膠光子晶體領域的一個重要研究進展。