基于微流控技术构筑超分子聚合物凝胶纤维

Utilization of small molecules to fabricate supramolecular polymer materials with unique structures and desired functions is one of the hot research topics in supramolecular chemistry. Over the past decade, great progress has been achieved, not only in the preparation of supramolecular polymers, but also in the realization of properties and functions. However, most of the supramolecular polymerization processes are limited in solution state, which dramatically restricts the practical applications of supramolecular polymers. With the aim to design supramolecular polymer materials in bulk and to extend their application scope, in this project, we will combine the microfluidics technology with supramolecular polymerization to develop supramolecular polymer-based fiber materials. Based on the rational design of monomer structures and microfluidics chips, we try to obtain a comprehensive understanding of the relationship between polymer structures and fiber functions. We will also design and prepare supramolecular polymer fibers with super-structures, such as core-shell structures and multiple shells structures, by applying the multicomponent self-assembly strategy. Further, different functional components will be introduced to supramolecular polymer fibers to prepare function-oriented composite materials.

利用小分子化合物制备具有新颖结构和特定功能的超分子聚合物是超分子化学和材料科学的研究热点之一。超分子聚合物不论在聚合单体、聚合驱动力和聚合机理，还是在功能化方面都有了长足的发展，实现了超分子聚合物结构的多样化和功能的智能化。然而目前超分子聚合物的应用研究多局限于溶液状态，大大束缚了超分子聚合物的实际应用，严重阻碍了超分子材料的未来发展。本申请项目拟将超分子聚合物与微流控技术相结合，发展一类新颖的超分子聚合物纤维材料，拓展超分子聚合物体系在功能材料领域的应用：通过合理的单体设计和微流控芯片优化制备结构信息丰富的超分子聚合物纤维，获得单体结构、微流控芯片参数对聚合物纤维结构、性能和应用的影响规律；利用多组分自组装实现不同聚合物纤维的有序可控分布，制备具有同轴多壳结构的超分子聚合物纤维材料；利用纤维材料的载体作用，引入功能分子，致力于此类复合结构在荧光探针、光电器件等领域的探索性研究。

本课题拟采用动态可逆的超分子作用力，构筑具有独特结构的超分子聚合物和超分子凝胶。我们以功能为导向，结合现代加工技术，制备具有宏观体相和可加工的超分子聚合物材料。通过以超分子聚合物和超分子凝胶纤维为功能载体，探索由小分子组装成的超分子聚合物在表面粘附和表面改性等领域的潜在应用。第一，我们采用天然小分子化合物作为聚合单体，通过这些天然小分子化合物与各类大环或非环化合物之间的氢键作用，构筑超分子交联聚合物材料，同时研究了电纺丝、注射纺丝和微流控等现代加工手段对超分子聚合物材料的加工可行性。同时基于这些交联超分子聚合物较高的粘性和弱流动性，我们进一步研究了这些体相超分子聚合物材料在多种表面的粘附能力。定量和定性实验表明此类超分子聚合物材料对亲水性表面具有较好的粘附能力。同时基于氢键驱动聚合的特性，这种超分子粘附具有可逆性和温度响应性。第二，我们利于冠醚和水分子之间的氢键作用，构筑了一系列刺激响应性超分子组装体。同时在这些组装体的基础上，将水分子作为聚合单体，引入超分子聚合物体系中，发展了一类新型的超分子聚合物凝胶材料。通过电纺丝、微流控和3D打印技术对其进行了加工。同时根据超分子聚合物的特点，我们的进一步拓展了其在超分子粘附领域的应用。