宁波材料所在高分子刷/贵金属纳米颗粒杂化材料方面取得研究进展
由于独特的光、电和催化性能,贵金属纳米粒子如金(Au)、银(Ag)、钯(Pd)、铂(Pt)等已经被广泛应用到传感、催化以及生物医药等众多领域。如何精确控制贵金属纳米粒子的微环境及其聚集形态,是使无生命的纳米材料变得有“知觉”,实现功能纳米材料智能化的有效途径。传统方法是通过蛋白质或DNA与贵金属纳米粒子耦合,实现纳米粒子的微环境与组装形态可逆调控,用于智能纳米器件和医药体系,但存在格昂贵和可逆循环次数有限等问题。刺激响应性高分子是一类能够对外界刺激(如pH、溶剂、温度、离子强度、化学分子、光、磁等)做出响应的智能材料。作为其中的一种,高分子刷可与贵金属纳米粒子进行原位杂化,从而具有智能调控纳米颗粒的微环境、形貌、组装及其性能的优势。
宁波材料所智能高分子材料团队,利用二氧化硅纳米粒子和氧化石墨烯(GO)为载体,表面修饰刺激响应性高分子,如温敏性的聚二甲氨基甲基丙烯酸酯(PDMAEMA)分子刷,并在高分子刷上原位合成并负载纳米金,得到一种新型的SiO2@PDMAEMA/Au或GO @PDMAEMA/Au纳米杂化体系。通过温度调节PDMAEMA分子刷的伸展或塌缩构象变化,达到可逆调控纳米金粒子的包覆和释放,成功实现纳米金粒子微环境的变化而达到智能开关型的催化效果(图A和B),相关工作发表在Chem. Commun. (2014, 50, 1212) 与RSC Adv. (2014, 4, 44480)上。近期,科研人员发展这一思路,将光响应性的高分子修饰到纳米金表面,通过光的改变来可逆调控高分子刷中螺吡喃基团的闭环(SP)和开环状态(MC),实现金纳米粒子的可逆自组装,得到一种新型智能可逆的纳米金低聚体(二聚体、三聚体等)。聚集形态的改变进而导致微环境特别是金纳米颗粒距离的调控,使得智能开关型的纳米光学器件(智能可调的表面增强拉曼基材)成为可能,并被用于环境和食品安全中的小分子有害物质的检测,显著的提高了检测灵敏度(Langmuir,2015, 31, 1164)。
本研究工作得到了国家自然科学基金(21404110, 51473179, 51303195, 21304105),浙江省杰出青年基金(LR14B040001)和宁波市创新团队(2014B82010)的支持。
(高分子事业部 黄又举)