[发明专利]一种具有AIE特性的荧光纳米粒子、仿生纳米复合水凝胶致动器、制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种具有AIE特性的荧光纳米粒子、仿生纳米复合水凝胶致动器、制备方法及应用。本发明提供了一种具有聚集诱导发光(AIE)特性的荧光纳米粒子，其是由TPE‑pyo荧光分子和纤维素纳米晶在催化剂的作用下制备而成。基于该荧光纳米粒子的共轭施主‑受主(D‑A)结构，可以灵敏地感应微环境的变化，从而实现追踪荧光纳米粒子在水凝胶成型过程中的动态运动；可视化荧光纳米粒子在水凝胶中的静态分布；监测纳米复合水凝胶在热刺激下发生弯曲运动的过程及相转变行为。本发明的AIE特性的荧光纳米粒子及其相关应用方法有望推动荧光技术在人工肌肉、智能致动及仿生纳米复合材料领域的应用。

技术领域

本发明涉及一种具有AIE特性的荧光纳米粒子、仿生纳米复合水凝胶致动器、制备方法及应用，属于荧光纳米复合材料技术领域。

背景技术

水凝胶驱动器是一种能够对外界刺激(光、热、化学、电等)产生可逆形变或者体积改变的新型智能材料。作为一类与生物组织相似的“软、湿”态材料，水凝胶驱动器在软体机器人、人工肌肉、组织工程等领域存在巨大的潜在应用价值。向水凝胶体系中添加纳米粒子来诱导产生非对称性网络结构是一种有效的方法。

为了实现非对称性水凝胶网络的构筑，精确调控纳米粒子在高分子基体中的分布情况是至关重要的。然而，传统的测试手段如扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)以及原子力显微镜(AFM)等，都需要经过复杂的制样过程，如破碎、切割、真空干燥等，这难免会造成材料的内部结构破坏从而导致信息失真，尤其是当材料是水凝胶这种“又湿又软”的材料时，观察纳米粒子的分布变得更加困难。而且，传统测试的测试窗口很小，难以代表宏观材料的结构信息。因此，亟需一种操作简单、无损、湿态可用的测试方式来研究纳米粒子在水凝胶体系中的分布信息，推动水凝胶驱动器的快速发展。

荧光技术具有高分辨、无损、生物相容性好等众多优势，在化学和生物传感、生物成像、催化及新能源材料等领域受到许多关注。然而传统的荧光染料如罗丹明B和荧光素等，在溶液状态下具有较高的量子产率，而在固态和聚集状态下，由于分子间紧密堆积，从而使发光性能大大减弱甚至不发光，即出现聚集诱导淬灭(Aggregation CausedQuenching，ACQ)，这极大的限制了荧光技术在材料科学领域的应用。直到2001年，唐本忠院士发现了聚集诱导发光(Aggregation-Induced Emission，AIE)现象。具有高度扭曲的螺旋桨状构象AIE分子能够有效的抑制在聚集状态下的分子间π-π堆叠，阻止了激发态能量通过非辐射衰变通道的耗散，而聚集状态下发光强烈。此外，根据分子内运动的限制(RIM)机制，AIE分子对微环境极为敏感，已被成功地用于各种微环境的研究。因此，如果将AIE分子修饰到纳米粒子上，并将其引入水凝胶体系中，有望实现纳米粒子在水凝胶体系中的可视化研究，从而进一步探究水凝胶内部结构与宏观性能间的关系，推动水凝胶驱动器在众多领域的发展。

发明内容

本发明解决的技术问题是：水凝胶的软湿性、低导电性以及纳米粒子和聚合物基质的低对比度等原因导致其表征困难，难以实现动态实时检测等技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种具有AIE特性的荧光纳米粒子，其化学结构式如式I所示：

所述的荧光纳米粒子发黄光，固态发射波长在518nm，液态分散体系发射波长在520-532nm。

本发明还提供了上述的具有AIE特性的荧光纳米粒子的制备方法，包括如下步骤：

步骤1：将纤维素纳米晶充分干燥，分散到二氯甲烷中，得到CNC分散液；

步骤2：将如式II所示的TPE-pyo荧光分子和催化剂4-二甲氨基吡啶分别溶解到二氯甲烷中，得到相应的TPE-pyo溶液和催化剂溶液；

步骤3：将上述所得的TPE-pyo溶液加入到CNC分散液中，同时加入催化剂溶液，混合均匀，磁力搅拌使其反应；