生物体通过协同整合分子水平上的各种微观运动，以实现宏观尺度上的复杂结构和功能。受生物系统启发，科学家们设计合成了一系列人工功能分子，例如分子机器和分子开关，并试图以此模拟生命体系的微观-宏观调控过程及其相关功能。然而由于分子运动容易被环境随机耗散，如何有效地将微观分子运动放大传递到宏观材料体系中仍然面临着巨大挑战。偶氮苯作为一类经典的分子开关，已被广泛应用在光响应液晶弹性体、人造肌肉和仿生致动材料等领域，其中含有偶氮苯的水凝胶材料因其高含水量与生物组织类似而备受关注。然而，偶氮苯通常作为一种光响应客体分子，通过与大环主体分子之间的主客体识别作用来间接影响水凝胶的材料性能。虽然偶氮苯也被作为共价交联剂整合到水凝胶中，但截至目前，直接利用偶氮苯分子尺度上的空间构型变化以实现水凝胶宏观性能的调控仍然尚未实现。
  近期，中国科学技术大学高分子科学与工程系李闯教授团队合成了一种可交联的双偶氮苯（bisazo）光开关化合物，通过刚性的Tr?ger碱类似物（TBA）桥连两个偶氮苯分子，使其在光异构化时定向折叠从而产生出显著的几何转变（图1），能够将化合物两个远端的空间距离从20 ? 减少到 8 ?。当这种光开关作为交联剂引入到聚合物网络中时，其分子水平的定向收缩和膨胀会驱动聚合物链的运动和重排，并将这些运动放大到宏观尺度，导致本体聚合物水凝胶的直接体积变化和变形（图2）。此外，使用这种光开关来调节水凝胶宏观特性这一方法，适用于不同的聚合物系统中。Bisazo水凝胶被用来模仿自然界中的宏观生物运动，包括光致肌肉收缩和向光性弯曲等（图3）。这项工作在分子运动和宏观驱动之间建立了明确的联系，有助于进一步研究揭示水凝胶材料微观结构和宏观性能之间的构效关系和作用机制。

图3 Bisazo水凝胶的光致仿生形变

  该工作以“Macroscopic Actuation of Bisazo Hydrogels Driven by Molecular Photoisomerization”为题发表在《Chem. Mater.》上（Chem. Mater. 2023, 10.1021/acs.chemmater.3c00062）。李闯教授和美国西北大学Masoud Kazem-Rostami博士为文章的共同第一和共同通讯作者。该研究得到中国科学技术大学和安徽省自然科学基金的支持。

  原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.chemmater.3c00062

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