Nature Communications: 聚集状态诱发荧光 使凝胶过程可视化

成果简介：

多糖作为一种可再生资源，聚氨基葡萄糖（CS）是最重要的多糖之一，已得到了极大的关注。CS水凝胶是CS材料应用的一个主要分支。目前为止科学家们已经提出了许多CS水凝胶的制造方法。在酸性溶液中溶解CS是制备CS凝胶最简单的常规方法。现在，一类新的溶剂体系（碱-尿素水溶液体系）的引进。在无任何交联剂条件下所得的CS凝胶，其硬度，强度和韧性得到显著改善。这为不同的凝胶行为提供了新的设计思路。

近期，浙江大学高分子材料科学与工程系Zhengke Wang等首次通过AIE荧光成像将CS的LiOH–尿素体系的整个凝胶化过程可视化,提出了凝胶化过程的机制。整个过程有两个不同但相关联的阶段，热凝胶化阶段和漂洗阶段。并指出，这两个不同的阶段可以给出统一的解释，就是溶剂和聚合物的分子间的相互作用。目前的工作推进了对凝胶化过程的理解，提高了多糖的利用率。

这项成果只是一个起点，随着AIE领域的迅猛发展，更多不同的AIE 荧光成像将用于各种胶凝系统的可视化。

图文导读：

图1：TPE-CS样品中的粉末溶液和水凝胶的形式

TPE-CS样品的¹H核磁共振光谱表明，四苯基乙烯荧光标记的CS已经成功。

(a)TPE-CS的分子结构。
(b) 粉末样品的数字图像；比例尺1.0 cm。
(c).经过在LiOH-尿素水溶液中冷冻-融化溶解过程处理的TPE-CS样品；比例尺1.0 cm。
(d) TYPE-CS溶液的光致发光光谱，对应于样品C的强度表示为零，因为样品C不能溶于LiOH-尿素水溶液。
(e) TPE-CS水凝胶数字图像的形成：完全去除LiOH-尿素的 TPE-CS，热凝胶后的TPE-CS凝胶，和TPE-CS水凝胶的溶液; 比例尺，5.0 mm。荧光照片是在紫外线（365nm）照射下拍摄。

图2 ：TPE-CS的凝胶化过程的共焦激光扫描荧光显微镜图像。

首先，溶液中的荧光图像没有特定的模式。热吸收开始后开始出现一些明亮区域，对应于热胶凝阶段。随着时间的推移，明亮区域不断扩展。随后扩展缓慢，最后趋于稳定。这表明，该系统的热凝胶化具有一定的终端点。

(a)溶液；
(b) 热凝胶化后的凝胶；
(c,d) 漂洗后水凝胶；比例尺，250μm (a–c); 25μm (d)。

图3 ：凝胶过程中CS的LiOH-尿素水溶液体系宏观性质的变化

在整个凝胶化过程中，随着与热源接触时间的增加，凝胶透明度逐渐下降，最后达到一个恒定值，对应于热胶凝阶段的终点。

(a) CS的LiOH-尿素体系的透明度的变化。
(b) CS凝胶的尺寸收缩率，D₀为模具的直径，D是凝胶颗粒的直径。
(c) CS凝胶和制备中使用模具的图像；比例尺，1.0 cm。

图4：CS的LiOH-尿素水溶液体系在整个凝胶过程中强度的增加

结果表明：(1)实验组含OH^-，有无尿素，得到体系强度低；(2)实验组不含OH^-，甚至添加尿素或其它无机盐（LiCl或NaCl），得到体系强度高。

(a) CS的LiOH-尿素溶液存储模量（G'）随时间的的变化；溶液将在标记温度下固化。
(b) 具有不同漂洗时间的CS的LiOH-尿素凝胶压缩应力的变化。
(c,d) 凝胶过程和LiOH浓度(c)和尿素浓度(d)的关系。

图5：CS的LiOH-体系凝胶化过程中晶粒的变化

CS的LiOH-尿素体系在整个凝胶化过程的XRD图谱。

图6：LiOH-尿素水溶液中CS凝胶联结点形成的示意图。

(a)完全溶解成溶液；
(b)通过加热诱导形成CS的分子内氢键；
(c) CS凝胶晶粒的形成；
(d)去除LiOH和尿素的诱导，进一步形成CS凝胶晶粒。图中局部CS链可以属于同一CS大分子或不同的CS大分子。

文献链接：Gelation process visualized by aggregation-induced emission fluorogens