近年来，人们对分子自组装行为的研究越发深入。研究外界刺激调控自组装过程不仅有助于我们了解分子自组装机理，同时针对外界刺激响应特性可便捷有效地制备功能性荧光材料。外界刺激包括光、温度和酸碱等可用于调控分子组装，但是机械力作为一种常见刺激方式却鲜用于调控分子组装。主要原因是难以获得一种既对机械力响应，又具备优良自组装性能的模型分子。最近，北京化工大学尹梅贞教授课题组和香港科技大学唐本忠院士合作，设计合成了一种对力和光双敏感的化合物，研究了机械力对其自组装行为的调控，并将其用作力致/光致变色材料。
▲ P1的分子结构式以及P1在外界不同刺激调控下组装形貌变化的示意图
研究者巧妙地将力响应基团螺吡喃和易组装基团萘酰亚胺通过酰胺键连接（如图P1分子），实现了机械力对分子自组装形貌的可逆调控。P1可自组装形成纤维状的组装体，在紫外光照前后组装体形貌不变，仅仅是荧光发生了改变（橙色变为粉色）。而机械力在改变P1荧光（橙色变为红色）的同时还调控了P1的组装形貌：实现了从微米纤维到纳米球的转变。随后，研究者通过单晶数据、密度泛函理论（DFT）以及分子动力学（MD）模拟等手段阐述了机械力调控分子自组装行为的内在机理：P1由于π-π堆积以及氢键等非共价键的共同作用，形成了长程有序的纤维状组装体；而机械力的作用增强了分子内π-π堆积、破坏了分子间氢键，同时使螺吡喃的碳氧弱键断裂，发生开环反应，最终导致P1组装体由纤维状转变为球状。相比于机械力，紫外光照是一种弱的外界刺激，分子间氢键以及π-π堆积没有发生改变，因此P1纤维状组装结构保持原样。
▲P1在乙醚溶液中（1 mg/ml）自组装的扫描电镜照片：（A）初始样品；（C）紫外光照后样品；（E）研磨之后样品。激光共聚焦明场照片：（B）初始样品；（D）紫外光照后样品；（F）研磨之后样品。（B′），（D′）和（F′）分别是（B），（D）以及（F）在405 纳米激光照射下的照片
最后研究者利用了P1分子优良的多重刺激响应特性，将其用作力致/光致变色材料。
▲P1在光照以及机械力作用前后的表观颜色和荧光颜色
该研究的最大意义在于，通过螺吡喃-萘酰亚胺体系首次实现了机械力对分子自组装形貌的可逆调控，同时作为一种多刺激响应型材料，P1在压力传感、光传感等领域有着潜在应用。
这一成果近期以“TunableMechanoresponsive Self-Assembly of an Amide-Linked Dyad with Dual Sensitivityof Photochromism and Mechanochromism”为题，发表于Advanced Functional Materials杂志（Adv.Funct. Mater., 2017, DOI: 10.1002/adfm.201701210）。尹梅贞教授和唐本忠教授是共同通讯作者，文章的第一作者是博士研究生莫申忠。
论文链接：
http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.201701210/full
来源：高分子科学前沿
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