CN111533941A - 一种利用水凝胶涂层实现刚性材料宏观超分子组装的方法 - Google Patents
一种利用水凝胶涂层实现刚性材料宏观超分子组装的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111533941A CN111533941A CN202010313948.8A CN202010313948A CN111533941A CN 111533941 A CN111533941 A CN 111533941A CN 202010313948 A CN202010313948 A CN 202010313948A CN 111533941 A CN111533941 A CN 111533941A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- supramolecular
- group
- hydrogel coating
- rigid material
- assembly
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 121
- 239000000017 hydrogel Substances 0.000 title claims abstract description 86
- 238000000576 coating method Methods 0.000 title claims abstract description 83
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 title claims abstract description 79
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 43
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 claims abstract description 95
- 230000003993 interaction Effects 0.000 claims abstract description 30
- 239000000499 gel Substances 0.000 claims description 70
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 47
- 239000000178 monomer Substances 0.000 claims description 26
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 26
- 229920000858 Cyclodextrin Polymers 0.000 claims description 15
- ORILYTVJVMAKLC-UHFFFAOYSA-N adamantane Chemical compound C1C(C2)CC3CC1CC2C3 ORILYTVJVMAKLC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 239000003999 initiator Substances 0.000 claims description 12
- -1 mercapto, amino, carboxyl Chemical group 0.000 claims description 12
- HRPVXLWXLXDGHG-UHFFFAOYSA-N Acrylamide Chemical compound NC(=O)C=C HRPVXLWXLXDGHG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 239000003431 cross linking reagent Substances 0.000 claims description 11
- ZIUHHBKFKCYYJD-UHFFFAOYSA-N n,n'-methylenebisacrylamide Chemical compound C=CC(=O)NCNC(=O)C=C ZIUHHBKFKCYYJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 11
- HFHDHCJBZVLPGP-UHFFFAOYSA-N schardinger α-dextrin Chemical compound O1C(C(C2O)O)C(CO)OC2OC(C(C2O)O)C(CO)OC2OC(C(C2O)O)C(CO)OC2OC(C(O)C2O)C(CO)OC2OC(C(C2O)O)C(CO)OC2OC2C(O)C(O)C1OC2CO HFHDHCJBZVLPGP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 8
- OZAIFHULBGXAKX-UHFFFAOYSA-N 2-(2-cyanopropan-2-yldiazenyl)-2-methylpropanenitrile Chemical compound N#CC(C)(C)N=NC(C)(C)C#N OZAIFHULBGXAKX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- ROOXNKNUYICQNP-UHFFFAOYSA-N ammonium persulfate Chemical compound [NH4+].[NH4+].[O-]S(=O)(=O)OOS([O-])(=O)=O ROOXNKNUYICQNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 claims description 6
- 238000007334 copolymerization reaction Methods 0.000 claims description 5
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 5
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 claims description 5
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 claims description 5
- RAXXELZNTBOGNW-UHFFFAOYSA-O Imidazolium Chemical compound C1=C[NH+]=CN1 RAXXELZNTBOGNW-UHFFFAOYSA-O 0.000 claims description 4
- DMLAVOWQYNRWNQ-UHFFFAOYSA-N azobenzene Chemical compound C1=CC=CC=C1N=NC1=CC=CC=C1 DMLAVOWQYNRWNQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- ISAOCJYIOMOJEB-UHFFFAOYSA-N benzoin Chemical compound C=1C=CC=CC=1C(O)C(=O)C1=CC=CC=C1 ISAOCJYIOMOJEB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 125000002843 carboxylic acid group Chemical group 0.000 claims description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 4
- MSBXTPRURXJCPF-DQWIULQBSA-N cucurbit[6]uril Chemical compound N1([C@@H]2[C@@H]3N(C1=O)CN1[C@@H]4[C@@H]5N(C1=O)CN1[C@@H]6[C@@H]7N(C1=O)CN1[C@@H]8[C@@H]9N(C1=O)CN([C@H]1N(C%10=O)CN9C(=O)N8CN7C(=O)N6CN5C(=O)N4CN3C(=O)N2C2)C3=O)CN4C(=O)N5[C@@H]6[C@H]4N2C(=O)N6CN%10[C@H]1N3C5 MSBXTPRURXJCPF-DQWIULQBSA-N 0.000 claims description 4
- 230000009881 electrostatic interaction Effects 0.000 claims description 4
- KTWOOEGAPBSYNW-UHFFFAOYSA-N ferrocene Chemical compound [Fe+2].C=1C=C[CH-]C=1.C=1C=C[CH-]C=1 KTWOOEGAPBSYNW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 125000005496 phosphonium group Chemical group 0.000 claims description 4
- 125000000542 sulfonic acid group Chemical group 0.000 claims description 4
- GJKGAPPUXSSCFI-UHFFFAOYSA-N 2-Hydroxy-4'-(2-hydroxyethoxy)-2-methylpropiophenone Chemical compound CC(C)(O)C(=O)C1=CC=C(OCCO)C=C1 GJKGAPPUXSSCFI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- LCGLNKUTAGEVQW-UHFFFAOYSA-N Dimethyl ether Chemical compound COC LCGLNKUTAGEVQW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N acrylic acid group Chemical group C(C=C)(=O)O NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910001870 ammonium persulfate Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 235000019400 benzoyl peroxide Nutrition 0.000 claims description 3
- 150000003254 radicals Chemical class 0.000 claims description 3
- 239000012956 1-hydroxycyclohexylphenyl-ketone Substances 0.000 claims description 2
- IMQFZQVZKBIPCQ-UHFFFAOYSA-N 2,2-bis(3-sulfanylpropanoyloxymethyl)butyl 3-sulfanylpropanoate Chemical compound SCCC(=O)OCC(CC)(COC(=O)CCS)COC(=O)CCS IMQFZQVZKBIPCQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- UPMLOUAZCHDJJD-UHFFFAOYSA-N 4,4'-Diphenylmethane Diisocyanate Chemical group C1=CC(N=C=O)=CC=C1CC1=CC=C(N=C=O)C=C1 UPMLOUAZCHDJJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- OMPJBNCRMGITSC-UHFFFAOYSA-N Benzoylperoxide Chemical compound C=1C=CC=CC=1C(=O)OOC(=O)C1=CC=CC=C1 OMPJBNCRMGITSC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000011837 N,N-methylenebisacrylamide Substances 0.000 claims description 2
- 244000028419 Styrax benzoin Species 0.000 claims description 2
- 235000000126 Styrax benzoin Nutrition 0.000 claims description 2
- 235000008411 Sumatra benzointree Nutrition 0.000 claims description 2
- JOBBTVPTPXRUBP-UHFFFAOYSA-N [3-(3-sulfanylpropanoyloxy)-2,2-bis(3-sulfanylpropanoyloxymethyl)propyl] 3-sulfanylpropanoate Chemical compound SCCC(=O)OCC(COC(=O)CCS)(COC(=O)CCS)COC(=O)CCS JOBBTVPTPXRUBP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 claims description 2
- 229960002130 benzoin Drugs 0.000 claims description 2
- MQDJYUACMFCOFT-UHFFFAOYSA-N bis[2-(1-hydroxycyclohexyl)phenyl]methanone Chemical compound C=1C=CC=C(C(=O)C=2C(=CC=CC=2)C2(O)CCCCC2)C=1C1(O)CCCCC1 MQDJYUACMFCOFT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- VFHVQBAGLAREND-UHFFFAOYSA-N diphenylphosphoryl-(2,4,6-trimethylphenyl)methanone Chemical compound CC1=CC(C)=CC(C)=C1C(=O)P(=O)(C=1C=CC=CC=1)C1=CC=CC=C1 VFHVQBAGLAREND-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 235000019382 gum benzoic Nutrition 0.000 claims description 2
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 claims description 2
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 claims description 2
- USHAGKDGDHPEEY-UHFFFAOYSA-L potassium persulfate Chemical compound [K+].[K+].[O-]S(=O)(=O)OOS([O-])(=O)=O USHAGKDGDHPEEY-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 2
- OQORATGQIWQZBQ-UHFFFAOYSA-L dilithium phosphonato-(2,4,6-trimethyl-3-phenylphenyl)methanone Chemical compound C1(=CC=CC=C1)C=1C(=C(C(=O)P([O-])([O-])=O)C(=CC=1C)C)C.[Li+].[Li+] OQORATGQIWQZBQ-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 33
- RKCKOWJWQLITLM-UHFFFAOYSA-N P(O)(O)=O.C1(=CC=CC=C1)C=1C(=C(C(=O)[Li])C(=CC1C)C)C Chemical compound P(O)(O)=O.C1(=CC=CC=C1)C=1C(=C(C(=O)[Li])C(=CC1C)C)C RKCKOWJWQLITLM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 15
- IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N Dimethylsulphoxide Chemical compound CS(C)=O IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 238000002791 soaking Methods 0.000 description 9
- 239000001116 FEMA 4028 Substances 0.000 description 8
- 229960004853 betadex Drugs 0.000 description 8
- QYLQOCFBNQQJSX-UHFFFAOYSA-N n-(1-adamantyl)-2-methylprop-2-enamide Chemical compound C1C(C2)CC3CC2CC1(NC(=O)C(=C)C)C3 QYLQOCFBNQQJSX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 6
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 description 6
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 description 5
- 239000004205 dimethyl polysiloxane Substances 0.000 description 4
- 229920000435 poly(dimethylsiloxane) Polymers 0.000 description 4
- 229920000867 polyelectrolyte Polymers 0.000 description 4
- XDLMVUHYZWKMMD-UHFFFAOYSA-N 3-trimethoxysilylpropyl 2-methylprop-2-enoate Chemical compound CO[Si](OC)(OC)CCCOC(=O)C(C)=C XDLMVUHYZWKMMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- YQSBPVKKGBGPCC-UHFFFAOYSA-L C(C1=CC=CC=C1)(=O)P([O-])([O-])=O.[Li+].[Li+] Chemical compound C(C1=CC=CC=C1)(=O)P([O-])([O-])=O.[Li+].[Li+] YQSBPVKKGBGPCC-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 3
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 3
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 3
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000009832 plasma treatment Methods 0.000 description 3
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 description 3
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 3
- 238000002444 silanisation Methods 0.000 description 3
- 238000004506 ultrasonic cleaning Methods 0.000 description 3
- OSSNTDFYBPYIEC-UHFFFAOYSA-N 1-ethenylimidazole Chemical compound C=CN1C=CN=C1 OSSNTDFYBPYIEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- SMZOUWXMTYCWNB-UHFFFAOYSA-N 2-(2-methoxy-5-methylphenyl)ethanamine Chemical compound COC1=CC=C(C)C=C1CCN SMZOUWXMTYCWNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- JKNCOURZONDCGV-UHFFFAOYSA-N 2-(dimethylamino)ethyl 2-methylprop-2-enoate Chemical compound CN(C)CCOC(=O)C(C)=C JKNCOURZONDCGV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 2
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 2
- 230000009878 intermolecular interaction Effects 0.000 description 2
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 2
- 229920001610 polycaprolactone Polymers 0.000 description 2
- 239000004632 polycaprolactone Substances 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 2
- QNODIIQQMGDSEF-UHFFFAOYSA-N (1-hydroxycyclohexyl)-phenylmethanone Chemical compound C=1C=CC=CC=1C(=O)C1(O)CCCCC1 QNODIIQQMGDSEF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KWVGIHKZDCUPEU-UHFFFAOYSA-N 2,2-dimethoxy-2-phenylacetophenone Chemical compound C=1C=CC=CC=1C(OC)(OC)C(=O)C1=CC=CC=C1 KWVGIHKZDCUPEU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XHZPRMZZQOIPDS-UHFFFAOYSA-N 2-Methyl-2-[(1-oxo-2-propenyl)amino]-1-propanesulfonic acid Chemical compound OS(=O)(=O)CC(C)(C)NC(=O)C=C XHZPRMZZQOIPDS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UHFFVFAKEGKNAQ-UHFFFAOYSA-N 2-benzyl-2-(dimethylamino)-1-(4-morpholin-4-ylphenyl)butan-1-one Chemical compound C=1C=C(N2CCOCC2)C=CC=1C(=O)C(CC)(N(C)C)CC1=CC=CC=C1 UHFFVFAKEGKNAQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-M Acrylate Chemical compound [O-]C(=O)C=C NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- CERQOIWHTDAKMF-UHFFFAOYSA-M Methacrylate Chemical compound CC(=C)C([O-])=O CERQOIWHTDAKMF-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- DCTLJGWMHPGCOS-UHFFFAOYSA-N Osajin Chemical compound C1=2C=CC(C)(C)OC=2C(CC=C(C)C)=C(O)C(C2=O)=C1OC=C2C1=CC=C(O)C=C1 DCTLJGWMHPGCOS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 1
- 229920002873 Polyethylenimine Polymers 0.000 description 1
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 1
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 description 1
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920002125 Sokalan® Polymers 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 125000005073 adamantyl group Chemical group C12(CC3CC(CC(C1)C3)C2)* 0.000 description 1
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 description 1
- 125000003277 amino group Chemical group 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 235000011175 beta-cyclodextrine Nutrition 0.000 description 1
- 125000003178 carboxy group Chemical group [H]OC(*)=O 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 238000007385 chemical modification Methods 0.000 description 1
- 239000013626 chemical specie Substances 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009396 hybridization Methods 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002715 modification method Methods 0.000 description 1
- 238000005232 molecular self-assembly Methods 0.000 description 1
- ZLCZSEVGZJTEHL-UHFFFAOYSA-N n-(2-phenyldiazenylphenyl)prop-2-enamide Chemical compound C=CC(=O)NC1=CC=CC=C1N=NC1=CC=CC=C1 ZLCZSEVGZJTEHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- UEZVMMHDMIWARA-UHFFFAOYSA-M phosphonate Chemical compound [O-]P(=O)=O UEZVMMHDMIWARA-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 description 1
- 239000004584 polyacrylic acid Substances 0.000 description 1
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 229920000139 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 description 1
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 description 1
- 230000000379 polymerizing effect Effects 0.000 description 1
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 description 1
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 1
- 229920002223 polystyrene Polymers 0.000 description 1
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 description 1
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000004904 shortening Methods 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- 239000007779 soft material Substances 0.000 description 1
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 1
- 125000003396 thiol group Chemical group [H]S* 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- FZGFBJMPSHGTRQ-UHFFFAOYSA-M trimethyl(2-prop-2-enoyloxyethyl)azanium;chloride Chemical compound [Cl-].C[N+](C)(C)CCOC(=O)C=C FZGFBJMPSHGTRQ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 229920002554 vinyl polymer Polymers 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J7/00—Chemical treatment or coating of shaped articles made of macromolecular substances
- C08J7/12—Chemical modification
- C08J7/16—Chemical modification with polymerisable compounds
- C08J7/18—Chemical modification with polymerisable compounds using wave energy or particle radiation
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C17/00—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating
- C03C17/28—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating with organic material
- C03C17/32—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating with organic material with synthetic or natural resins
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
- C08F2/00—Processes of polymerisation
- C08F2/46—Polymerisation initiated by wave energy or particle radiation
- C08F2/48—Polymerisation initiated by wave energy or particle radiation by ultraviolet or visible light
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
- C08F220/00—Copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and only one being terminated by only one carboxyl radical or a salt, anhydride ester, amide, imide or nitrile thereof
- C08F220/02—Monocarboxylic acids having less than ten carbon atoms; Derivatives thereof
- C08F220/52—Amides or imides
- C08F220/54—Amides, e.g. N,N-dimethylacrylamide or N-isopropylacrylamide
- C08F220/56—Acrylamide; Methacrylamide
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J7/00—Chemical treatment or coating of shaped articles made of macromolecular substances
- C08J7/04—Coating
- C08J7/0427—Coating with only one layer of a composition containing a polymer binder
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J7/00—Chemical treatment or coating of shaped articles made of macromolecular substances
- C08J7/12—Chemical modification
- C08J7/123—Treatment by wave energy or particle radiation
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J7/00—Chemical treatment or coating of shaped articles made of macromolecular substances
- C08J7/12—Chemical modification
- C08J7/16—Chemical modification with polymerisable compounds
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
- C09D151/00—Coating compositions based on graft polymers in which the grafted component is obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds; Coating compositions based on derivatives of such polymers
- C09D151/02—Coating compositions based on graft polymers in which the grafted component is obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds; Coating compositions based on derivatives of such polymers grafted on to polysaccharides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C26/00—Coating not provided for in groups C23C2/00 - C23C24/00
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C2218/00—Methods for coating glass
- C03C2218/10—Deposition methods
- C03C2218/11—Deposition methods from solutions or suspensions
- C03C2218/111—Deposition methods from solutions or suspensions by dipping, immersion
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C2218/00—Methods for coating glass
- C03C2218/30—Aspects of methods for coating glass not covered above
- C03C2218/32—After-treatment
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J2367/00—Characterised by the use of polyesters obtained by reactions forming a carboxylic ester link in the main chain; Derivatives of such polymers
- C08J2367/04—Polyesters derived from hydroxy carboxylic acids, e.g. lactones
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J2451/00—Characterised by the use of graft polymers in which the grafted component is obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds; Derivatives of such polymers
- C08J2451/02—Characterised by the use of graft polymers in which the grafted component is obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds; Derivatives of such polymers grafted on to polysaccharides
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Polymers & Plastics (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Wood Science & Technology (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Paints Or Removers (AREA)
Abstract
本发明公开一种利用水凝胶涂层实现刚性材料宏观超分子组装的方法，利用含超分子官能团的水凝胶涂层组合实现刚性材料宏观超分子组装，含超分子官能团的水凝胶涂层组合包括第一含超分子官能团的水凝胶涂层和第二含超分子官能团的水凝胶涂层，两者包括具备超分子识别与组装功能的超分子相互作用基团。首先分别将第一含超分子官能团的水凝胶涂层和第二含超分子官能团的水凝胶涂层以共价键形式接枝到刚性材料A和刚性材料B表面；然后将刚性材料A和刚性材料B宏观超分子组装。本发明在刚性材料表面以共价键形式连接具有超分子识别组装功能的水凝胶涂层，借助表面水凝胶涂层的超分子相互作用，实现刚性材料的宏观超分子组装。
Description
技术领域
本发明属于超分子组装领域，具体涉及一种利用含超分子官能团的水凝胶涂层实现刚性材料宏观超分子组装的方法。
背景技术
1987年诺贝尔化学奖授予了超分子化学研究方面的佩德森(C.JPedersen)、莱恩(J.MLehn)和克来姆(D.JCram)，莱恩将超分子化学定义为研究两种或两种以上的化学物种通过分子间相互作用缔结而成的具有特定结构和功能实体的科学，研究涉及的分子间相互作用包括静电、氢键、亲疏水作用、π-π相互作用、配位作用等非共价键相互作用。
宏观超分子组装(Macroscopicsupramolecularassembly,MSA)，是指在十微米以上的构筑基元表面，通过表面化学修饰引入超分子识别基团，再利用界面组装构筑超分子材料的过程，已经发展成为超分子化学领域的一个新兴研究方向。与传统分子自组装通过多级多层次组装制备体相超分子材料的方法相比，宏观超分子组装以微米以上尺度的材料为构筑基元直接构建体相材料，极大地缩短了从构筑基元到体相材料的尺度跨度；并且，构筑基元的设计和组装过程的调控都十分灵活，能够简便易行地调控体相材料的结构与功能，已经发展成为了一种自下而上构建三维有序结构以及体相超分子材料的新方法。目前，国内外宏观超分子组装主要以弹性模量较低的水凝胶软材料作为构筑基元，发展了主-客体识别、氢键、配位键、静电、DNA杂化等超分子相互作用主导的组装。宏观超分子组装易于通过低弹性模量材料实现，其原因在于，构筑基元表面具有良好的柔性和高度的流动性，为其表面修饰的超分子官能团提供了较高的分子活动能力，使宏观表面接触时易于发生多重相互作用，增强表面结合强度而实现组装。然而，对于弹性模量较高的刚性构筑基元(金属、无机物、高模量高分子材料)，材料表面形变能力较差，宏观表面的官能团分布受表面粗糙度、浸润性等因素影响，大部分官能团难以达到分子间作用力程，无法发生多位点相互作用，界面结合能力弱，难以实现宏观超分子组装。因此，宏观超分子组装的研究受限于低模量材料，刚性材料的高效组装成为了该领域发展的瓶颈问题。为此，我们曾经提出了“柔性间隔层”的概念，即在高模量聚二甲基硅氧烷(PDMS)表面通过交替层状组装方法(Layer-by-layer,LbL)引入了聚乙烯亚胺/聚丙烯酸组成的聚电解质多层膜作为柔性间隔层，继而用LbL方法修饰超分子官能团，有效提高了宏观表面的结合强度，实现了PDMS的宏观超分子组装。但是，该聚电解质多层膜的“柔性间隔层”LbL修饰过程繁琐，还要额外引入超分子作用官能团，耗时长，效率低，并且修饰的聚电解质多层膜不稳定，在强酸碱、高盐离子浓度环境下易被破坏，在实际应用中存在挑战。因此，该领域亟需发展新的“柔性间隔层”制备方法，实现刚性材料的高效宏观超分子组装。
为了解决以上问题，提出本发明。
发明内容
本发明提供一种利用水凝胶涂层实现刚性材料宏观超分子组装的方法,利用含超分子官能团的水凝胶涂层组合实现刚性材料宏观超分子组装，所述刚性材料的尺寸在毫米级以上，所述含超分子官能团的水凝胶涂层组合包括第一含超分子官能团的水凝胶涂层和第二含超分子官能团的水凝胶涂层，所述第一含超分子官能团的水凝胶涂层和第二含超分子官能团的水凝胶涂层包括具备超分子识别与组装功能的超分子相互作用基团，所述超分子相互作用基团包括主客体相互作用基团或者静电相互作用基团，主客体相互作用基团包括主体基团和客体基团；所述静电相互作用基团包括带正电基团和带负电基团；
所述第一含超分子官能团的水凝胶涂层包括主体基团与客体基团两者中一个，或着带正电基团与带负电基团两者中一个；所述第二含超分子官能团的水凝胶涂层包括主体基团与客体基团两者中另一个，或带正电基团与带负电基团两者中另一个；
所述实现刚性材料宏观超分子组装的方法，具体包括以下步骤：
(1)分别将所述的第一含超分子官能团的水凝胶涂层和第二含超分子官能团的水凝胶涂层以共价键形式接枝到刚性材料A和刚性材料B表面，得到表面具有第一含超分子官能团的水凝胶涂层的刚性材料A和表面具有第二含超分子官能团的水凝胶涂层的刚性材料B；
(2)将表面具有第一含超分子官能团的水凝胶涂层的刚性材料A和表面具有第二含超分子官能团的水凝胶涂层的刚性材料B组装。
优选地，所述刚性材料A和刚性材料B为宏观刚性材料，所述宏观刚性材料的弹性模量大于2.5MPa,所述刚性材料A和刚性材料B选自金属、无机物或高分子材料，所述金属选自铝，铁，钛，银，金等，无机物选自石英，硅，陶瓷等，高分子材料选自聚己内酯，聚二甲基硅氧烷，聚对苯二甲酸乙二醇酯，聚氨酯，聚甲基丙烯酸甲酯，聚乙烯，聚丙烯，聚苯乙烯等，其中刚性材料A和刚性材料B可以为同种材料也可以为不同种材料。其中，弹性模量越大的宏观刚性材料越难实现组装。
优选地，步骤(1)的方法为：首先在刚性材料A和刚性材料B表面修饰双键官能团；然后使刚性材料A和刚性材料B分别与所述的第一含超分子官能团的水凝胶涂层和第二含超分子官能团的水凝胶涂层通过双键官能团发生共聚，得到表面具有第一含超分子官能团的水凝胶涂层的刚性材料A和表面具有第二含超分子官能团的水凝胶涂层的刚性材料B。
优选地，步骤(1)的方法为：首先在刚性材料A和刚性材料B表面修饰可与所述含超分子官能团的水凝胶中的官能团发生反应的反应性基团；然后使刚性材料A和刚性材料B分别与所述第一含超分子官能团的水凝胶涂层和第二含超分子官能团的水凝胶涂层反应发生化学反应并实现聚合，得到表面具有第一含超分子官能团的水凝胶涂层的刚性材料A和表面具有第二含超分子官能团的水凝胶涂层的刚性材料B；所述反应性基团一般选择双键，在满足反应条件的情况下可以选自巯基、氨基、羧基等。
优选地，步骤(2)的方法为：将表面具有第一含超分子官能团的水凝胶涂层的刚性材料A与表面具有第二含超分子官能团的水凝胶涂层的刚性材料B，在水环境中使刚性材料A与刚性材料B表面接触，进行组装。优选地，可以采用静态叠加或者摇床震荡的方式使刚性材料A与刚性材料B表面接触，进行组装。例如，将刚性材料A与刚性材料B放置到盛有水的容器中浸没，在160转/分钟的摇床上摇晃3分钟，使刚性材料A与刚性材料B进行组装。
优选地，所述第一含超分子官能团的水凝胶涂层和第二含超分子官能团的水凝胶涂层均为三维网络结构。
优选地，所述主体基团选自：环糊精、葫芦脲，所述客体基团选自金刚烷、二茂铁、偶氮苯；所述带正电基团选自：氨基、吡啶基、咪唑盐、季磷盐，所述带负电基团选自：磺酸基、羧酸基。
其中，可以使用6-丙烯酰胺基-β-环糊精，丙烯酸葫芦酯提供带主体基团；可以使用甲基丙烯酸1-金刚烷酯、乙烯基二茂铁、丙烯酰胺基偶氮苯提供客体基团；丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DAC)、甲基丙烯酸二甲氨乙酯(DMAEMA)、1-乙烯基咪唑(VI)提供带正电基团；可以使用2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)、丙烯酸(AA)提供带负电基团。
优选地，所述的含超分子官能团的水凝胶涂层组合的制备方法为：将凝胶单体、带有所述超分子相互作用基团的物质、交联剂、引发剂溶解于溶剂中，然后在光照或热作用下，引发凝胶单体的自由基共聚，得到所述第一含超分子官能团的水凝胶涂层或第二含超分子官能团的水凝胶涂层。其中，聚合条件常用的是光照或热作用，此处也不排除其他可以引发凝胶单体的自由基共聚的方法。
优选地，所述凝胶单体包括丙烯酸酯类单体、丙烯酰胺类单体；所述溶剂为水或有机溶剂，所述凝胶单体在溶剂中的浓度为1M以上；所述引发剂可以是光引发剂或热引发剂，所述光引发剂选自：苯基-2,4,6-三甲基苯甲酰基膦酸锂(LAP)、(2,4,6-三甲基苯甲酰基)二苯基氧化膦(TPO)、1-羟基环已基苯基酮(Irgacure-184)、2-羟基-4-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮(Irgacure-2959)、2-苄基-2-二甲基氨基-1-(4-吗啉苯基)丁酮(Irgacure-369)、安息香双甲醚(Irgacure-651)，所述热引发剂选自：过硫酸铵(APS)、偶氮二异丁腈(AIBN)、过氧化二苯甲酰(BPO)、过硫酸钾(KPS)；所述交联剂为化学结构式含有两个或两个以上反应基团的物质，可以选自：N,N-亚甲基双丙烯酰胺，N,N'-(4,4'-亚甲基二苯基)，四(3-巯基丙酸)季戊四醇酯，三羟甲基丙烷三(3-巯基丙酸酯)；所述超分子相互作用基团包括主客体相互作用基团或者静电相互作用基团，主客体相互作用基团包括主体基团和客体基团，主体基团选自：环糊精、葫芦脲，所述客体基团选自：金刚烷、二茂铁、偶氮苯；所述静电相互作用基团包括带正电基团和带负电基团，所述带正电基团选自：氨基、吡啶基、咪唑盐、季磷盐，所述带负电基团选自：磺酸基、羧酸基。
优选地，所述超分子相互作用基团的添加量为凝胶单体摩尔分数的2％以上，所述交联剂的添加量为凝胶单体摩尔分数的1.5％以上，所述引发剂的添加量为凝胶单体摩尔分数的1％以上。
其中，本发明所述的含超分子官能团的水凝胶涂层组合的制备与将所述的第一或第二含超分子官能团的水凝胶涂层以共价键形式接枝到刚性材料表面的具体步骤为：(a)将凝胶单体、超分子相互作用基团、交联剂、引发剂溶解于溶剂中，得到凝胶预聚体溶液；同时或然后，(b)在刚性材料表面修饰双键官能团或者可与所述含超分子官能团的水凝胶中的官能团发生反应的基团；(c)将凝胶预聚体溶液滴加在修饰后的刚性材料表面(或者直接采用刚性材料通过表面浸渍涂覆凝胶预聚体溶液的方法)；(d)然后将表面具有凝胶预聚体溶液的刚性材料置于光照下，引发凝胶单体的共聚，在刚性材料表面的凝胶预聚体溶液发生聚合的过程中凝胶预聚体溶液中的凝胶单体与刚性材料表面双键基团或其他反应基团共聚，凝胶预聚体溶液在刚性材料表面形成含超分子官能团的水凝胶涂层，并与刚性材料实现共价键连接。
其中，步骤(c)中每平方毫米刚性材料上具有0.2微升凝胶预聚体溶液。相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
1、本发明将凝胶单体、超分子相互作用基团、交联剂、引发剂溶解于溶剂中，然后在光照下，引发凝胶单体的自由基共聚，得到含超分子官能团的水凝胶，所述含超分子官能团的水凝胶为三维网络结构，且具备超分子识别与组装功能。
2、本发明主要通过在刚性材料表面以共价键连接具有超分子识别与组装功能的含超分子官能团的水凝胶涂层，借助含超分子官能团的水凝胶涂层之间的超分子相互作用，实现刚性材料的宏观超分子组装。通过这种方法，可以克服宏观超分子组装过程中由于刚性构筑基元界面形变能力差，使得超分子官能团难以发生相互作用不能组装的问题，实现刚性构筑基元的宏观超分子组装。
3、本发明发展了一种新型的柔性间隔层，将宏观超分子组装从低模量的材料构筑基元体系扩展到了高模量材料构筑基元体系，实现了无机物、塑料、金属等多种刚性构筑基元的宏观超分子组装，该方法具有材料的普适性，材料选择的多样性将为宏观超分子组装的体相材料提供更多的性质与功能。同时，该修饰方法简便、耗时短、效率高，材料表面修饰得到的含超分子官能团的水凝胶涂层化学性质稳定。
4、本发明方法为通过宏观超分子组装自下而上的制备多材质的三维有序结构提供了新思路。
具体实施方式
以下结合实例和附图对本发明做进一步的说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
附图说明
图1实施例1-3中刚性构筑基元组装的具体操作步骤参考图；
图2实施例2中刚性基元E1表面的凝胶涂层截面的扫描电镜图，其中图2a为刚性基元E1表面的凝胶涂层截面的扫描电镜图，图2b为刚性基元E2表面的凝胶涂层截面的扫描电镜图；
图3实施例1中组装体F提出水面的图像；
图4实施例2中组装体F提出水面的图像；
图5实施例3中组装体F提出水面的图像；
其中，图3-图5中为了区分含有6-丙烯酰胺基-β-环糊精主体凝胶预聚体溶液A和含有1-金刚烷基甲基丙烯酰胺的客体凝胶预聚体溶液B，分别对两者进行了染色处理，故图3-图5中组装体F中两个刚性基元C的颜色深浅有些许差别。
实施例1
本实施例为一种实现刚性构筑基元组装的方法，刚性构筑基元C选自金属铝(3×3×3mm)，其包括以下步骤(具体操作步骤参考图1，其中E2’标志代表主体基团环糊精基团，E1’代表客体基团金刚烷基团)：
步骤1，分别配制含有6-丙烯酰胺基-β-环糊精主体凝胶预聚体溶液A和含有1-金刚烷基甲基丙烯酰胺的客体凝胶预聚体溶液B。将一定量的丙烯酰胺、N,N-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)、苯基-2,4,6-三甲基苯甲酰基膦酸锂(LAP)、6-丙烯酰胺基-β-环糊精溶于一定量的二甲基亚砜(DMSO)，即为凝胶预聚体溶液A。将一定量的丙烯酰胺、N,N-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)、苯基-2,4,6-三甲基苯甲酰基膦酸锂(LAP)、1-金刚烷基甲基丙烯酰胺溶于一定量的去离子水，即为凝胶预聚体溶液B。
所述主客体凝胶预聚体溶液中丙烯酰胺为凝胶单体、苯基-2,4,6-三甲基苯甲酰基膦酸锂(LAP)为光引发剂、N,N-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)为交联剂、环糊精或金刚烷为实现超分子相互作用的超分子官能团。
步骤2，将刚性构筑基元C表面超声清洗、氧等离子体处理后，浸泡于一定浓度的硅烷化试剂3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷(TMSPMA)溶液后烘干，得到表面双键官能团修饰的基元D。
步骤3，将步骤2所述的刚性构筑基元D分别浸润于凝胶预聚体溶液A或凝胶预聚体溶液B，在去除多余凝胶预聚体溶液后，进行约5分钟紫外光照聚合，分别得到表面修饰有超分子识别与组装功能凝胶涂层的刚性构筑基元E1(凝胶预聚体溶液A)和E2(凝胶预聚体溶液B)。
步骤4，将刚性构筑基元E1与E2充分浸泡于去离子水中24小时，以除去未聚合的小分子物质并置换E1中的有机溶剂。
步骤5，将刚性构筑基元E1与E1、刚性构筑基元E2与E2、刚性构筑基元E1与E2等，分别放入盛有水的容器中并浸没，在160转/分钟的摇床上进行摇晃组装，3分钟后观察组装情况并尝试用镊子提出水面。结果只有E1和E2能实现组装，形成结构稳定的组装体F，并可用镊子将组装体F提拉出水面。
本实施例刚性构筑基元E1和刚性构筑基元E2形成组装体后，将组装体F拎出水面的图像如附图3所示。
实施例2
本实施例为一种实现刚性构筑基元组装的方法，刚性构筑基元C选自无机物石英(尺寸为3×3×3mm)，其包括以下步骤：
步骤1，分别配制含有6-丙烯酰胺基-β-环糊精主体凝胶预聚体溶液A和含有1-金刚烷基甲基丙烯酰胺的客体凝胶预聚体溶液B。将一定量的丙烯酰胺、N,N-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)、苯基-2,4,6-三甲基苯甲酰基膦酸锂(LAP)、6-丙烯酰胺基-β-环糊精溶于一定量的二甲基亚砜(DMSO)，即为凝胶预聚体溶液A。将一定量的丙烯酰胺、N,N-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)、苯基-2,4,6-三甲基苯甲酰基膦酸锂(LAP)、1-金刚烷基甲基丙烯酰胺溶于一定量的去离子水，即为凝胶预聚体溶液B。
所述主客体凝胶预聚体溶液中丙烯酰胺为凝胶单体、苯基-2,4,6-三甲基苯甲酰基膦酸锂(LAP)为光引发剂、N,N-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)为交联剂、环糊精或金刚烷为实现超分子相互作用的超分子官能团。
步骤2，将刚性构筑基元C表面超声清洗、氧等离子体处理后，浸泡于一定浓度的硅烷化试剂3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷(TMSPMA)溶液后烘干，得到表面双键官能团修饰的基元D。
步骤3，将步骤2所述的刚性构筑基元D分别浸润于凝胶预聚体溶液A或凝胶预聚体溶液B，在去除多余凝胶预聚体溶液后，采用波长为405nm的紫外光对基元表面进行照射，约5分钟后聚合完成，分别得到表面修饰有超分子识别与组装功能凝胶涂层的刚性构筑基元E1(凝胶预聚体溶液A)和E2(凝胶预聚体溶液B)。
步骤4，将刚性构筑基元E1与E2充分浸泡于去离子水中24小时，以除去未聚合的小分子物质并置换E1中的有机溶剂。
步骤5，将刚性构筑基元E1与E1、刚性构筑基元E2与E2、刚性构筑基元E1与E2等，分别放入盛有水的容器中并浸没，在160转/分钟的摇床上进行摇晃组装，3分钟后观察组装情况并尝试用镊子提出水面。结果只有E1和E2能实现组装，形成结构稳定的组装体F，并可用镊子将组装体F提拉出水面。
本实施例刚性构筑基元E1和刚性构筑基元E2形成组装体后，将组装体F提出水面的图像如附图4所示。
实施例3
本实施例为一种实现刚性构筑基元组装的方法，刚性构筑基元C选自高分子材料聚己内酯(尺寸为3×3×3mm)，其包括以下步骤：
步骤1，分别配制含有6-丙烯酰胺基-β-环糊精主体凝胶预聚体溶液A和含有1-金刚烷基甲基丙烯酰胺的客体凝胶预聚体溶液B。将一定量的丙烯酰胺、N,N-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)、苯基-2,4,6-三甲基苯甲酰基膦酸锂(LAP)、6-丙烯酰胺基-β-环糊精溶于一定量的二甲基亚砜(DMSO)，即为凝胶预聚体溶液A。将一定量的丙烯酰胺、N,N-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)、苯基-2,4,6-三甲基苯甲酰基膦酸锂(LAP)、1-金刚烷基甲基丙烯酰胺溶于一定量的去离子水，即为凝胶预聚体溶液B。
所述主客体凝胶预聚体溶液中丙烯酰胺为凝胶单体、苯基-2,4,6-三甲基苯甲酰基膦酸锂(LAP)为光引发剂、N,N-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)为交联剂、环糊精或金刚烷为实现超分子相互作用的超分子官能团。
步骤2，将刚性构筑基元C表面超声清洗、氧等离子体处理后，浸泡于一定浓度的硅烷化试剂3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷(TMSPMA)溶液后烘干，得到表面双键官能团修饰的基元D。
步骤3，将步骤2所述的刚性构筑基元D分别浸润于凝胶预聚体溶液A或凝胶预聚体溶液B，在去除多余凝胶预聚体溶液后，采用波长为405nm的紫外光对基元表面进行照射，约5分钟后聚合完成，分别得到表面修饰有超分子识别与组装功能凝胶涂层的刚性构筑基元E1(凝胶预聚体溶液A)和E2(凝胶预聚体溶液B)。
步骤4，将刚性构筑基元E1与E2充分浸泡于去离子水中24小时，以除去未聚合的小分子物质并置换E1中的有机溶剂。
步骤5，将刚性构筑基元E1与E1、刚性构筑基元E2与E2、刚性构筑基元E1与E2等，分别放入盛有水的容器中并浸没，在160转/分钟的摇床上进行摇晃组装，3分钟后观察组装情况并尝试用镊子拎出水面。结果只有E1和E2能实现组装，形成结构稳定的组装体F，并可用镊子将组装体F提拉出水面。
本实施例刚性构筑基元E1和刚性构筑基元E2形成组装体后，将组装体F拎出水面的图像如附图5所示。
显然，本发明的上述实施例仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
Claims (10)
1.一种利用水凝胶涂层实现刚性材料宏观超分子组装的方法,其特征在于，利用含超分子官能团的水凝胶涂层组合实现刚性材料宏观超分子组装，所述刚性材料的尺寸在毫米级以上，所述含超分子官能团的水凝胶涂层组合包括第一含超分子官能团的水凝胶涂层和第二含超分子官能团的水凝胶涂层，所述第一含超分子官能团的水凝胶涂层和第二含超分子官能团的水凝胶涂层包括具备超分子识别与组装功能的超分子相互作用基团，所述超分子相互作用基团包括主客体相互作用基团或者静电相互作用基团，主客体相互作用基团包括主体基团和客体基团；所述静电相互作用基团包括带正电基团和带负电基团；
所述第一含超分子官能团的水凝胶涂层包括主体基团与客体基团两者中一个，或者带正电基团与带负电基团两者中一个；所述第二含超分子官能团的水凝胶涂层包括主体基团与客体基团两者中另一个，或带正电基团与带负电基团两者中另一个；
具体实现刚性材料宏观超分子组装的方法，包括以下步骤：
(1)分别将所述的第一含超分子官能团的水凝胶涂层和第二含超分子官能团的水凝胶涂层以共价键形式接枝到刚性材料A和刚性材料B表面，得到表面具有第一含超分子官能团的水凝胶涂层的刚性材料A和表面具有第二含超分子官能团的水凝胶涂层的刚性材料B；
(2)将表面具有第一含超分子官能团的水凝胶涂层的刚性材料A和表面具有第二含超分子官能团的水凝胶涂层的刚性材料B组装。
2.根据权利要求1所述实现刚性材料宏观超分子组装的方法，其特征在于，所述刚性材料A和刚性材料B为宏观刚性材料，所述宏观刚性材料的弹性模量大于2.5MPa,所述刚性材料A和刚性材料B分别或同时选自金属、无机物或高分子材料。
3.根据权利要求1所述实现刚性材料宏观超分子组装的方法，其特征在于，步骤(1)的方法为：首先在刚性材料A和刚性材料B表面修饰双键官能团；然后使刚性材料A和刚性材料B分别与所述的第一含超分子官能团的水凝胶涂层和第二含超分子官能团的水凝胶涂层通过双键官能团发生共聚，得到表面具有第一含超分子官能团的水凝胶涂层的刚性材料A和表面具有第二含超分子官能团的水凝胶涂层的刚性材料B。
4.根据权利要求1所述实现刚性材料宏观超分子组装的方法，其特征在于，步骤(1)的方法为：首先在刚性材料A和刚性材料B表面修饰可与所述含超分子官能团的水凝胶中的官能团发生反应的反应性基团；然后使刚性材料A和刚性材料B分别与所述第一含超分子官能团的水凝胶涂层和第二含超分子官能团的水凝胶涂层反应发生化学反应，并实现凝胶预聚溶液的聚合，得到表面具有第一含超分子官能团的水凝胶涂层的刚性材料A和表面具有第二含超分子官能团的水凝胶涂层的刚性材料B；所述反应性基团选自巯基、氨基、羧基。
5.根据权利要求1所述实现刚性材料宏观超分子组装的方法，其特征在于，步骤(2)的方法为：将表面具有第一含超分子官能团的水凝胶涂层的刚性材料A与表面具有第二含超分子官能团的水凝胶涂层的刚性材料B，在水环境中使刚性材料A与刚性材料B表面接触，进行组装。
6.根据权利要求1所述实现刚性材料宏观超分子组装的方法，其特征在于，所述第一含超分子官能团的水凝胶涂层和第二含超分子官能团的水凝胶涂层均为三维网络结构。
7.根据权利要求1所述实现刚性材料宏观超分子组装的方法，其特征在于，所述主体基团选自：环糊精、葫芦脲，所述客体基团选自金刚烷、二茂铁、偶氮苯；所述带正电基团选自：氨基、吡啶基、咪唑盐、季磷盐，所述带负电基团选自：磺酸基、羧酸基。
8.根据权利要求1所述实现刚性材料宏观超分子组装的方法，其特征在于，所述含超分子官能团的水凝胶涂层组合的制备方法为：将凝胶单体、带有所述超分子相互作用基团的物质、交联剂、引发剂溶解于溶剂中，然后在光照或热作用下，引发凝胶单体的自由基共聚，得到所述第一含超分子官能团的水凝胶涂层或第二含超分子官能团的水凝胶涂层。
9.根据权利要求8所述实现刚性材料宏观超分子组装的方法，其特征在于，所述凝胶单体包括丙烯酸酯类单体、丙烯酰胺类单体；所述溶剂为水或有机溶剂，所述凝胶单体在溶剂中的质量分数在4％以上；所述引发剂可以是光引发剂或热引发剂，所述光引发剂选自：苯基-2,4,6-三甲基苯甲酰基膦酸锂、(2,4,6-三甲基苯甲酰基)二苯基氧化膦、1-羟基环已基苯基酮、2-羟基-4-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮、2-苄基-2-二甲基氨基-1-(4-吗啉苯基)丁酮、安息香双甲醚，所述热引发剂选自：过硫酸铵、偶氮二异丁腈、过氧化二苯甲酰、过硫酸钾；所述交联剂选自：N,N-亚甲基双丙烯酰胺，N,N'-(4,4'-亚甲基二苯基)，四(3-巯基丙酸)季戊四醇酯，三羟甲基丙烷三(3-巯基丙酸酯)；所述超分子相互作用基团包括主客体相互作用基团或者静电相互作用基团，主客体相互作用基团包括主体基团和客体基团，主体基团选自：环糊精、葫芦脲，所述客体基团选自：金刚烷、二茂铁、偶氮苯；所述静电相互作用基团包括带正电基团和带负电基团，所述带正电基团选自：氨基、吡啶基、咪唑盐、季磷盐，所述带负电基团选自：磺酸基、羧酸基。
10.根据权利要求8所述实现刚性材料宏观超分子组装的方法，其特征在于，所述超分子相互作用基团的添加量为凝胶单体摩尔分数的0.75％以上，所述交联剂的添加量为凝胶溶液质量分数的0.05％以上，所述引发剂的添加量为凝胶单体摩尔溶液质量分数的0.05％以上。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010213427 | 2020-03-24 | ||
| CN2020102134275 | 2020-03-24 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN111533941A true CN111533941A (zh) | 2020-08-14 |
Family
ID=71973059
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202010313948.8A Pending CN111533941A (zh) | 2020-03-24 | 2020-04-20 | 一种利用水凝胶涂层实现刚性材料宏观超分子组装的方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN111533941A (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114166917A (zh) * | 2020-08-24 | 2022-03-11 | 南开大学 | 一种电化学分离、检测及释放外泌体的方法 |
| CN114957550A (zh) * | 2022-06-14 | 2022-08-30 | 中国石油大学(华东) | 一种深部调剖再粘接超分子凝胶颗粒及其制备方法 |
-
2020
- 2020-04-20 CN CN202010313948.8A patent/CN111533941A/zh active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114166917A (zh) * | 2020-08-24 | 2022-03-11 | 南开大学 | 一种电化学分离、检测及释放外泌体的方法 |
| CN114957550A (zh) * | 2022-06-14 | 2022-08-30 | 中国石油大学(华东) | 一种深部调剖再粘接超分子凝胶颗粒及其制备方法 |
| CN114957550B (zh) * | 2022-06-14 | 2023-08-18 | 中国石油大学(华东) | 一种深部调剖再粘接超分子凝胶颗粒及其制备方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Li et al. | SI-PET-RAFT: surface-initiated photoinduced electron transfer-reversible addition–fragmentation chain transfer polymerization | |
| Yang et al. | Radical living graft polymerization on the surface of polymeric materials | |
| Sidorenko et al. | Controlled switching of the wetting behavior of biomimetic surfaces with hydrogel-supported nanostructures | |
| JP4354156B2 (ja) | シリコンエステルを含むポリマー化合物およびこれから得られる組成物 | |
| Ayres et al. | Stimuli-responsive polyelectrolyte polymer brushes prepared via atom-transfer radical polymerization | |
| Liang et al. | Surfaces with reversible hydrophilic/hydrophobic characteristics on cross-linked poly (N-isopropylacrylamide) hydrogels | |
| US9777162B2 (en) | Waterborne curable resin composition | |
| CN107226920B (zh) | 一种光固化型超疏水复合膜的制备方法 | |
| CN103665269B (zh) | 一种双亲性丙烯酸酯共聚物表面接枝改性纳米二氧化硅的制备方法 | |
| AU750236B2 (en) | Method for providing coated moulded polymeric articles | |
| US7459197B2 (en) | Reversibly adaptive rough micro- and nano-structures | |
| Barsbay et al. | Nanostructuring of polymers by controlling of ionizing radiation-induced free radical polymerization, copolymerization, grafting and crosslinking by RAFT mechanism | |
| CN111533941A (zh) | 一种利用水凝胶涂层实现刚性材料宏观超分子组装的方法 | |
| US9079215B2 (en) | Micro-fiber arrays with tip coating and transfer method for preparing same | |
| Shimazaki et al. | Molecular weight dependence of alternate adsorption through charge-transfer interaction | |
| CA2907916C (en) | Water compatible nanogel compositions | |
| Shi et al. | Control the wettability of poly (n-isopropylacrylamide-co-1-adamantan-1-ylmethyl acrylate) modified surfaces: the more Ada, the bigger impact? | |
| Yin et al. | Photoinitiator-grafted polymer chains for integrating hydrogels with various materials | |
| WO2009087373A1 (en) | Surface functionalisation of plastic optical fibre | |
| Xiong et al. | Phototriggered growth and detachment of polymer brushes with wavelength selectivity | |
| AU2017281706B2 (en) | Control of polymer network structures via nanogels | |
| Yang et al. | Topological prime | |
| KR20140069639A (ko) | 입자 정렬을 이용한 코팅 방법 및 이에 의해 제조된 입자 코팅 기판 | |
| CN112625289B (zh) | 一种基于聚丙烯酸的结构色弹性体及其制备方法和应用 | |
| Knoll et al. | Tailoring of surfaces with ultrathin layers for controlled binding of biopolymers and adhesion and guidance of cells |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20200814 |