Adv. Funct. Mater. ：用于按需液體釋放的光敏海綿狀涂層

【引言】

許多研究報道了刺激響應性涂層，但只有少數可以受控釋放來改變涂層表面性質。近來，已經開發了能夠在光照下釋放和吸收液體的海綿狀涂層。多孔涂層的形態受聚合前單體混合物的近晶液晶性能控制，在垂直排列時有最大的收縮。液體的快速釋放可以通過由共聚偶氮苯部分的反式至順式的轉化，引起涂層的宏觀收縮來誘導。液體分泌物可以通過局部光照或局部表面浮雕來定位。液體的吸收通過在較高波長下或通過熱松弛來刺激偶氮化合物的背反應而進行。與相對表面接觸的海綿狀涂層的表面力可以通過光誘導毛細管橋接來控制，這為液體的受控釋放提供了可調節的途徑。

【成果簡介】

涂層形成表面、裝置或構造的外表層，一般是為了保護或裝飾。對于生物物種，皮膚具有更多的功能。例如，許多兩棲動物分泌粘液來保護或潤滑，甚至人體皮膚也會分泌水分以調節溫度，抗菌液體可以防止感染。受到這些自然功能的啟發，目前在人造涂料中添加了更多的功能。比如通過創建粗糙表面或通過改變涂層的化學性質來實現光致調節粘附，以用于制作微型機器人。天然皮膚的例子引起更多關于在涂層表面控制釋放流體的關注。最近的報道涉及通過釋放有機硅基潤滑劑來潤滑表面，潤滑劑從涂層中緩慢釋放，使表面非常光滑，避免了各種物質的粘附。釋放材料的其他實例可用于醫療，例如人體皮膚表面的受控局部釋放藥物用于體內醫療；用于控制濕度和皮膚抗生素的燒傷治療膏藥可促進治愈并避免感染；在通過微流體傳感器進行的醫學分析物的體外檢測中，當流體通過通道輸送時，也必須及時釋放試劑。進一步，象表面活性劑的控制釋放可用于污染物敏感表面的自清潔目的。當釋放層可以重復填充時，這些應用變得更有價值。另外，選擇光作為分泌所需液體的觸發器可以快速和遠程控制吸收和釋放。

近日，埃因霍芬理工大學的Dirk J. Broer在Adv. Funct. Mater. 上發表了一篇題為“Photoresponsive Sponge-Like Coating for On-Demand Liquid Release”的文章，提出了一個新的方法來提供固體涂料的液體位置和時間控制。該原理基于光響應液晶網絡（LCN）。摻雜有可異構化發色團的LCN由于其光引發的幾何變形，可作為自立式膜或涂層。通常光敏組分通常是偶氮苯共聚到LCN。光觸發的跨平順轉換改變了LCN的階數參數，從而引起大的幾何變化。此外，LCN在非反應性物質存在下聚合的能力，形成復合物，將非反應性組分限制在相分離的液晶聚合物元件中。后者的性質將被采用以產生命名的液體釋放涂層，進一步表示為光暈。

【圖文導讀】

圖1 光暈涂層的原理圖

圖2? 混合物的描述和結構表征

a）使用的液晶的化學結構，以及研究中使用的混合物的相行為；

b）涂層橫截面的SEM照片。黑色和藍色箭頭分別表示光聚合過程中的頂部（照射側）和涂層底部， 比例尺：2 μm；

c）正己烷萃取 8CB后多孔涂層表面的SEM照片。 比例尺：10?μm；

d）在8CB存在下，但在暴露紫外線以致動偶氮苯之前單體混合物聚合后的涂層的GISAXS測量。

圖3 光誘導釋放

a）在初始狀態下顯示頂視圖的光學顯微鏡圖像；

b）在365 nm紫外光下8CB的釋放，顯示在1s內在涂層表面形成液滴；

c）在用紫外光持續照射30s后顯示 通過液滴的聚結在表面形成連續的液體層， 比例尺：250?μm；

d）用紫外光照射之前和之后涂層橫截面的SEM圖像。

圖4? 在結構化表面釋放液體

a）正交偏振器之間的結構化壓痕的圖片；

b）暴露于UV光之前和之后的表面的3D視圖；

c）導致不同節距的液體分泌的擴散過程的示意圖。

圖5? 對光照的反應

?a）偶氮苯的異構化和松弛動力學；

b）含有不同量的8CB的涂層沿著正常的收縮，以初始厚度的百分數表示， 平均初始涂層厚度為18.4±1.6 μm。

圖6?GISAXS研究8CB的分泌

在左圖中，黑色、紅色和藍色的痕跡分別對應于初始狀態下的樣品，在用365nm光照射之后和在用455nm光照射之后；

在右側中央，8CB的液滴形成變得可見。 8CB的初始單軸取向適應被驅逐液滴中的徑向組織。

圖7?由流體釋放和再吸收控制的毛細管橋形成的摩擦和粘附力

a）在連續UV照射下釋放流體時兩個平行板之間的動態摩擦力；

b）通過UV釋放液體和通過藍光重吸收時兩個板之間的摩擦；

c）不同曝光的兩種涂層的附著力的示意圖；

d）顯示光控粘附的圖片。

【小結】

研究人員開發了一種海綿狀涂層，能夠在光照下反復、可逆地釋放和吸收液體。釋放的液體的量受初始含量的顯著影響。無論是液滴還是薄膜，均可以通過UV光的劑量來控制釋放的類型。液體的釋放在整個表面上是一體的，可以通過定向曝光局部地進行，也可以通過反應模制通過在涂層表面中集成的凹痕而在專用區域引導或進入專用區域。局部釋放可用于控制涂層表面液滴的軌跡。有趣的是，可以通過決定兩個平行板之間粘合力的強度來控制毛細管橋的形成。此外，分泌液原則上可以被另一種液體代替，最終可導致在極性調整網絡分子的物理性質之后，含藥物光致膠原蛋白的涂層受控局部釋放。這種方法在釋放反應物、微流體反應器和自清潔涂料和防涂鴉等方面具有極大潛力。

文獻鏈接：Photoresponsive Sponge-Like Coating for On-Demand Liquid Release（Adv. Funct. Mater.，2018，DOI: 10.1002/adfm.201705942）

本文由材料人編輯部高分子學術組水手供稿，材料牛編輯整理。

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