京都大学和东北大学开发新型MOPEG凝胶：分子识别触发变色、收缩和硬化

B910化工消息：5月22日消息，京都大学物质-细胞综合科学研究所（WPI-iCeMS）的古川修平（Shuhei Furukawa）教授团队与东北大学跨学科科学前沿研究所（FRIS）的馆智树（Tomoki Tateishi）博士合作，在《美国化学会志》（JACS）发表研究，报道了一类可将对特定分子的识别转化为宏观形变的新型多孔聚合物凝胶。

分子识别是超分子化学和生物学的核心概念，分子通过精确排列的化学相互作用实现选择性结合。大多数人工分子识别系统依赖氢键等非共价作用，而本研究创新性地利用配位化学——金属中心与富电子客体分子之间的化学结合——作为响应驱动力。配位化学虽广泛应用于构建金属-有机框架（MOF）等分子和多孔材料，但将其作为软材料中客体响应形变的驱动力此前鲜有探索。

研究团队设计了MOPEG凝胶（Metal–Organic Polyhedra Polymer Gel），由金属-有机多面体（MOP）作为结构节点和分子识别位点，与柔性的聚乙二醇（PEG）链共价交联形成聚合物网络。MOP既是构建凝胶网络的骨架，也是能够选择性结合外来分子的受体位点。

研究发现，MOPEG凝胶能够识别具有多个配位氮原子的多齿客体分子。当目标分子进入凝胶并与MOP节点配位结合时，凝胶产生三重宏观响应：颜色从绿色变为红色，凝胶整体体积发生可见收缩，同时机械硬度显著增加。而结构相似但无法配位的分子则不引起任何变化。力学测试进一步揭示，桥接邻近MOP单元的配位客体分子直接增强了凝胶的内部聚合物网络结构，使材料硬度大幅提高。

古川教授表示，该研究表明配位型分子识别可以转化为凝胶中可见的力学响应，通过将多孔MOP整合到可变形的聚合物网络中，构建了一个分子相互作用直接控制材料行为的体系。馆博士补充，这项工作建立了从分子选择性到宏观形变的合成平台，有望开发出能够感知、适应并力学响应化学微环境的下一代智能材料。

该研究发表于JACS（DOI: 10.1021/jacs.6c06620），为刺激响应性材料、化学传感器和分子可编程软物质的开发提供了新思路。 （来源：Phys.org）