近日，香港科技大學(xué)唐本忠院士團(tuán)隊(duì)首次提出了一種利用陰離子-π+相互作用的形成或解離來調(diào)控具有聚集誘導(dǎo)發(fā)光（Aggregation-inducedEmission, AIE）特性的納米顆粒其熒光特性的新策略，成功制備了一種表面熒光強(qiáng)度可調(diào)、浸潤性可控的智能表面。聚集誘導(dǎo)發(fā)光分子（AIE luminogens, AIEgens）中的分子內(nèi)運(yùn)動(dòng)可消耗激發(fā)態(tài)能量。對(duì)于AIE納米粒子，與嵌入納米粒子核心中的分子相比，位于納米粒子表面上的分子受到周圍環(huán)境的限制程度相對(duì)更弱，因此，AIE納米粒子的發(fā)光主要來自內(nèi)部分子。當(dāng)進(jìn)一步限制位于納米粒子表面分子的分子運(yùn)動(dòng)時(shí)，則可以實(shí)現(xiàn)具有熒光強(qiáng)度可調(diào)的AIE納米粒子。陰離子-π+相互作用已被證實(shí)是一種限制分子運(yùn)動(dòng)、降低分子非輻射躍遷的有效手段。

在本研究中，我們?cè)O(shè)計(jì)合成了帶有咪唑環(huán)的AIE分子，在有酸的存在下，位于咪唑環(huán)上的氮原子可以被質(zhì)子化，在聚集體下有機(jī)鹽易形成陰離子-π+相互作用，從而進(jìn)一步限制AIE分子運(yùn)動(dòng)。基于這一策略，通過使用痕量的酸成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)AIE納米顆粒熒光強(qiáng)度的超靈敏調(diào)節(jié)。此外，利用三烷氧基硅烷可與硅基表面發(fā)生相互作用的特性，通過在AIE分子上修飾三乙氧基硅烷，制備了AIE納米顆粒修飾的多功能刺激響應(yīng)性的智能表面。

圖1. 利用陰離子-π+相互作用調(diào)控AIE納米顆粒熒光強(qiáng)度及AIE納米顆粒修飾表面的浸潤性的示意圖

所得到的智能表面具有超快響應(yīng)的可調(diào)節(jié)熒光特性，在無任何處理的情況下熒光強(qiáng)度可進(jìn)行自發(fā)恢復(fù)。同時(shí)，在酸蒸汽刺激下，由于表面極性的變化，該表面也具有可調(diào)控和自恢復(fù)的潤濕性。通過簡單快速的酸蒸汽刺激表面的操作方式，不同的潤濕狀態(tài)和潤濕梯度可以在該表面上準(zhǔn)確控制。這使得該表面在潤濕性相關(guān)的應(yīng)用中具有很大的潛力。區(qū)別于傳統(tǒng)的光刻工藝制備的具有非均勻潤濕性的表面，該表面可以作為可重復(fù)使用的平臺(tái)，用以產(chǎn)生不同的潤濕性或潤濕性圖案，進(jìn)一步應(yīng)用于不同領(lǐng)域研究，比如用于研究和控制液滴擴(kuò)散行為或控制細(xì)菌粘附行為等等。由于具有熒光和潤濕性雙重響應(yīng)的特性，該智能表面在多重讀數(shù)的酸蒸汽快速檢測設(shè)備的應(yīng)用中也具有廣闊的應(yīng)用潛力。這一概念的提出和應(yīng)用研究不僅為調(diào)控AIE納米粒子的熒光行為提供了新策略，也顯示了基于AIE材料的功能性表面在智能設(shè)備應(yīng)用中的潛力。

圖2. 通過酸蒸汽實(shí)現(xiàn)對(duì)AIE功能性表面的熒光強(qiáng)度的調(diào)控

圖3. 該功能性表面同時(shí)具有可調(diào)控的潤濕性

該工作以“A Smart AIEgen-Functionalized Surface with Reversible Modulation of Fluorescence and Wettability”為題發(fā)表于Materials Horizions。

文章信息及鏈接：Xin Cai, Ni Xie, Ying Li, Jacky W. Y. Lam, JunkaiLiu, Wei He, Jianguo Wang* and Ben Zhong Tang*Materials Horizons, 2019, DOI:10.1039/C9MH00798A