第一作者：顾宇炜

通讯作者：Jeremiah Johnson

通讯单位：美国麻省理工学院

研究亮点：

1. 首次提出并实现“拓扑结构转换”作为刺激响应性高分子网络材料的设计理念。

2. 实现了对材料多种性质的协同调控。

聚合物网络链和结之间的拓扑连接，例如：分支功能，循环缺陷，纠缠和密度波动等，长期以来一直与决定聚合物网络的整体性质有关。随着用于聚合物网络表征的新合成方法和表征手段的出现，最近的研究表明：网络拓扑结构作为聚合物网络的少数全球参数之一，在确定弹性，凝胶点，网络等材料特性中起着关键作用。

有鉴于此，麻省理工学院Jeremiah Johnson课题组利用紫外/可见光首次实现了对高分子网络拓扑结构的可逆转换，从而实现了对材料多种性质的协同调控。

图1 高分子网络拓扑结构的光控转换

研究人员假设聚合物金属-有机笼（polyMOC）网络为拓扑可切换的材料提供理论途径。在polyMOC中，网络连接是具有确定形状和化学计量的纳米级金属配体（MxLy）笼，同时受到刺激响应方式调节MOC构象的最新发展的启发，通过基于聚（乙二醇）的聚合物配体的设计和合成，利用紫外/可见光首次实现了对高分子网络拓扑结构的可逆转换，从而实现了对材料多种性质（例如材料的模量，动态性，自愈合行为等）的协同调控。

两种不同网络拓扑之间的光调制互换的示意图如图。光响应MOC被引入作为polyMOC内的结。在UV照射下，MOC结构从Pd₃L₆重排为Pd₂₄L₄₈。因此，改变了网络拓扑。用绿光反转MOC结构可以重新生成原始网络拓扑。

图2 高分子网络拓扑结构的光控转换

图3 拓扑结构转换的实验表征和计算模拟

图4 拓扑结构转换导致的材料动态性的转变

图5 材料的疲劳性质的实验表征

总之，此项工作首次提出了“拓扑结构转换”作为刺激响应性高分子网络材料的设计理念，并且实现了对材料多种性质的协同调控。该设计理念有望用于智能自修复材料，光驱动材料，高度可控的药物递送及细胞培养基质等诸多领域。

参考文献：

Gu Y, Alt E A, Wang H, et al. Photoswitching topology in polymer networks with metal–organic cages as crosslinks[J]. Nature, 2018.

DOI: 10.1038/s41586-018-0339-0

https://www.nature.com/articles/s41586-018-0339-0