[发明专利]含萘酚吡喃的光致变色荧光开关纳米微球及制备方法

说明书

技术领域

本发明属于有机聚合物材料合成技术领域，具体涉及一种以过硫酸钾(KPS)为引发剂、正十六烷(HD)为稳定剂、十二烷基磺酸钠(SDS)为乳化剂制备得到的含萘酚吡喃光致变色基团和芘或苯并咪唑为荧光基团的光致变色荧光开关纳米微球及制备方法。 

背景技术

荧光开关在分子开关、光存储、荧光生物标记和其它分子和电子器件方面具有广泛的应用，因而受到越来越多的关注和研究[1-8]。光致变色荧光开关是一种重要的荧光开关而受到研究人员越来越多的研究。在这样的荧光开关体系中，在光辐射下或光致变色基团热消色作用下荧光的发射通过光致变色基团可逆的光致变色反应来达到增强和消弱，即“开”和“关”。荧光的增强或削弱是通过荧光基团和光致变色基团之间能量转移或电子转移机理来实现的[9-11]。常见的光致变色荧光开关有三种形式，即光致变色基团和荧光基团通过化学键连在一起形成有机化合物、光致变色基团和荧光基团一起掺杂在聚合物基质中和把两种基团直接通过化学键接枝在聚合物链上。常见的光致变色荧光开关中的光致变色基团主要是二芳基乙烯[12-15]，也有少量的光致变色荧光关于螺吡喃和螺噁嗪用于制备荧光开关的报道。萘酚吡喃及其衍生物也是一类重要的光致变色材料，具有宽的吸收范围、背景颜色低、好的热稳定性、消色速度易于控制和很好的抗疲劳性[16]。在紫外光的辐射下，无色的萘酚吡喃通过吡喃环上的C(sp³)-O的断裂产生具有更大共轭程度的平面开环形式的结构并伴有颜色的产生。由于开环结构是带有颜色的异构体，所以在可见光区会产生很强的吸收，开环反应前后的分子结构如下式所示[17-21]。在连续的紫外光辐射下，光致变色反应会达到一个在无色的关环结构和有色的开环结构之间的平衡。目前，只有我们研究小组报道了萘酚吡喃用于光致变色荧光开关并具有很好的性能[22-23]。 

由于纳米材料的量子效应、表面效应和宏观量子隧道效应使得它们在光、电、磁和敏感材料等方面呈现常规材料不具备的特性。光致变色材料在光学存储、光学开关和光学镜片方面具有很广泛的应用等，但对于光致变色材料在纳米结构中的光致变色行为的研究报道很少。 

在我们以前的研究中，荧光基团芘和苯并咪唑的荧光可以通过萘酚吡喃的光致变色来调节，但荧光的衰减速度是不可控的[22-24]。在我们已经报道的研究结果中,发现萘酚吡喃在纳米纤维和纳米层层自组装中的消色速率是很慢的，在此基础上我们将萘酚吡喃引入到聚合物纳米微球中，通过调节聚合物微球的刚性实现了萘酚吡喃消色速度的可控调节[25]。到目前为止，还未见有关光致变色荧光开关纳米微球体系的报道，特别是把萘酚吡喃引入到聚合物纳米微球中来制备光致变色荧光开关体系更未见报道。结合我们以前的研究成果，将萘酚吡喃和荧光基团同时引入到聚合物纳米微球中来制备光致变色荧光开关的聚合物纳米微球体系。这一发明与我们已经报道的含萘酚吡喃的光致变色荧光开关体系具有明显的创新性，一是首次在聚合物纳米微球体系中制备含萘酚吡喃的光致变色荧光开关，二是通过合成条件的改变可以调节荧光强度变化的速度。 

发明内容

本发明的目的是提供一种以过硫酸钾(KPS)为引发剂，正十六烷(HD)为稳定剂、十二烷基磺酸钠(SDS)为乳化剂制备得到的含萘酚吡喃的光致变色荧光开关纳米微球及制备方法。 

与我们已经报道的萘酚吡喃光致变色荧光开关体系不同，在本发明中我们将萘酚吡喃和荧光基团芘或苯并咪唑引入到纳米微球中，首次制备含萘酚吡喃的光致变色荧光开关纳米微球体系。在纳米微球内部通过萘酚吡喃的光致变色反应来调节荧光基团的荧光淬灭和恢复，并通过调节聚合单体比例来调节纳米微球内部的刚性来实现荧光基团的荧光强度衰减速度的可控调节，为拓宽萘酚吡喃的应用范围奠定实验基础。