一种多重刺激响应性多色荧光水凝胶的制备

doi:10.7503/cjcu20230175

摘要/Abstract

摘要：

基于分子结构设计理论, 设计并合成了一种结构新颖的吡啶羧酸类荧光配体甲基丙烯酸-2-(6-脲基吡啶羧酸)-乙酯(UPA). 采用自由基聚合法, 以UPA和磺酸甜菜碱型两性离子3-[(3-丙烯酰丙基)二甲胺基]丙基-1-磺酸内盐(DMA)为单体, 无机黏土为物理交联剂, 通过光固化将荧光配体引入水凝胶结构中, 再经过Eu³⁺或Tb³⁺配位后, 在水凝胶中形成镧系配合物, 构筑了机械强度高、自修复速度快、刺激响应性多(温度、 pH、离子强度等)且发光效率高的新型智能稀土杂化水凝胶材料, 解决了稀土发光材料在水相中稳定性差、易荧光猝灭以及传统水凝胶力学性能差、功能性单一等问题, 为信息防伪、生物成像及荧光标记等领域材料的制备提供了新思路.

关键词: 水凝胶, 稀土发光, 多色荧光, 多重刺激响应性

Abstract:

On the basis of molecular structure design theory， a novel fluorescent ligand， 6-｛3-［2-（methacryloyloxy） ethyl］ ureido｝ picolinic acid（UPA）， was designed and synthesized. The hydrogels were prepared by the free radical polymerization with UPA and zwitterionic sulfobetaine（DMA） as monomers， clay as a physical crosslinker. The fluorescent ligand was introduced into the hydrogel structure by UV light curing， and then the lanthanide complex was formed in the hydrogel after Eu³⁺ or Tb³⁺ coordination， and a new intelligent rare-earth hybrid hydrogel material with high mechanical strength， good self-healing properties， multiple stimulus responsiveness（temperature， pH， the intensity of ion， etc.） and high luminescence efficiency was constructed， the problems such as poor stability and easy fluorescence quenching in the aqueous phase of rare earth luminescent materials， and poor mechanical properties and single function of traditional hydrogels were solved. It provides a new idea for the preparation of materials in the fields of information security and encryption， biological imaging， fluorescent labeling and so on.

Key words: Hydrogel, Rare earth luminescence, Multicolor fluorescent, Multiple stimulus responsiveness

中图分类号:

O631

TrendMD:

邹少爽, 杨朋, 刘涛. 一种多重刺激响应性多色荧光水凝胶的制备. 高等学校化学学报, 2023, 44(10): 20230175.

ZOU Shaoshuang, YANG Peng, LIU Tao. Synthesis of a Multiple Stimulus-responsive Multicolor Fluorescent Hydrogel. Chem. J. Chinese Universities, 2023, 44(10): 20230175.

图/表 11

Fig.1 FTIR spectra of the DU⁃3 hydrogel

Fig.2 Thickness and diameter of DU⁃3 hydrogel in different environments(A), volume change rate of hydrogel in different environments(B) and swelling rates of DU⁃3 hydrogel in different environments(C)a. In 4 ℃ water； b. in 45 ℃ water； c. in 3 mol/L NaCl； d. as-prepared.

Fig.3 Cross⁃sectional SEM images of the interface of DU⁃3 freeze⁃dried hydrogel in 4 ℃ water(A), 45 ℃ water(B) and 3 mol/L NaCl(C)

Fig.4 Stress⁃strain curves of the original(a) and healed(b) DU⁃3 hydrogel specimens

Fig.5 The rheological properties of DU⁃3 and Tb⁃DU⁃3 hydrogels at strain sweep mode(A) and Tb⁃DU⁃3 hydrogel at time sweep mode(B)

Fig.6 Photos of the DU⁃3 hydrogel under day light and 254 nm UV light and those soaked in Tb3+ or Eu3+ under UV light (254 nm), respectively

Fig.7 Chromatism coordinates of DU⁃3 hydrogel after soaking Eu3+ or Tb3+ (CIE, 1931)

Fig.8 Excitation spectra monitored at 614 nm(A) and emission spectra excited at 306 nm of Eu⁃DU⁃3 hydrogel(B)

Fig.9 Excitation spectra monitored at 545 nm(A) and emission spectra excited at 313 nm(B) of Tb⁃DU⁃3 hydrogel

Fig.10 Experimental apparatus for the response of Tb⁃DU⁃3 hydrogel to acid or base gas stimulation

Fig.11 Digital photographs showing the reversible change of Tb⁃DU⁃3 hydrogel color under UV lamp(254 nm) after different gas stimulation

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