Adv. Funct. Mater. ：用于按需液体释放的光敏海绵状涂层

【引言】

许多研究报道了刺激响应性涂层，但只有少数可以受控释放来改变涂层表面性质。近来，已经开发了能够在光照下释放和吸收液体的海绵状涂层。多孔涂层的形态受聚合前单体混合物的近晶液晶性能控制，在垂直排列时有最大的收缩。液体的快速释放可以通过由共聚偶氮苯部分的反式至顺式的转化，引起涂层的宏观收缩来诱导。液体分泌物可以通过局部光照或局部表面浮雕来定位。液体的吸收通过在较高波长下或通过热松弛来刺激偶氮化合物的背反应而进行。与相对表面接触的海绵状涂层的表面力可以通过光诱导毛细管桥接来控制，这为液体的受控释放提供了可调节的途径。

【成果简介】

涂层形成表面、装置或构造的外表层，一般是为了保护或装饰。对于生物物种，皮肤具有更多的功能。例如，许多两栖动物分泌粘液来保护或润滑，甚至人体皮肤也会分泌水分以调节温度，抗菌液体可以防止感染。受到这些自然功能的启发，目前在人造涂料中添加了更多的功能。比如通过创建粗糙表面或通过改变涂层的化学性质来实现光致调节粘附，以用于制作微型机器人。天然皮肤的例子引起更多关于在涂层表面控制释放流体的关注。最近的报道涉及通过释放有机硅基润滑剂来润滑表面，润滑剂从涂层中缓慢释放，使表面非常光滑，避免了各种物质的粘附。释放材料的其他实例可用于医疗，例如人体皮肤表面的受控局部释放药物用于体内医疗；用于控制湿度和皮肤抗生素的烧伤治疗膏药可促进治愈并避免感染；在通过微流体传感器进行的医学分析物的体外检测中，当流体通过通道输送时，也必须及时释放试剂。进一步，象表面活性剂的控制释放可用于污染物敏感表面的自清洁目的。当释放层可以重复填充时，这些应用变得更有价值。另外，选择光作为分泌所需液体的触发器可以快速和远程控制吸收和释放。

近日，埃因霍芬理工大学的Dirk J. Broer在Adv. Funct. Mater. 上发表了一篇题为“Photoresponsive Sponge-Like Coating for On-Demand Liquid Release”的文章，提出了一个新的方法来提供固体涂料的液体位置和时间控制。该原理基于光响应液晶网络（LCN）。掺杂有可异构化发色团的LCN由于其光引发的几何变形，可作为自立式膜或涂层。通常光敏组分通常是偶氮苯共聚到LCN。光触发的跨平顺转换改变了LCN的阶数参数，从而引起大的几何变化。此外，LCN在非反应性物质存在下聚合的能力，形成复合物，将非反应性组分限制在相分离的液晶聚合物元件中。后者的性质将被采用以产生命名的液体释放涂层，进一步表示为光晕。

【图文导读】

图1 光晕涂层的原理图

图2  混合物的描述和结构表征

a）使用的液晶的化学结构，以及研究中使用的混合物的相行为；

b）涂层横截面的SEM照片。黑色和蓝色箭头分别表示光聚合过程中的顶部（照射侧）和涂层底部， 比例尺：2 μm；

c）正己烷萃取 8CB后多孔涂层表面的SEM照片。 比例尺：10 μm；

d）在8CB存在下，但在暴露紫外线以致动偶氮苯之前单体混合物聚合后的涂层的GISAXS测量。

图3 光诱导释放

a）在初始状态下显示顶视图的光学显微镜图像；

b）在365 nm紫外光下8CB的释放，显示在1s内在涂层表面形成液滴；

c）在用紫外光持续照射30s后显示 通过液滴的聚结在表面形成连续的液体层， 比例尺：250 μm；

d）用紫外光照射之前和之后涂层横截面的SEM图像。

图4  在结构化表面释放液体

a）正交偏振器之间的结构化压痕的图片；

b）暴露于UV光之前和之后的表面的3D视图；

c）导致不同节距的液体分泌的扩散过程的示意图。

图5  对光照的反应

 a）偶氮苯的异构化和松弛动力学；

b）含有不同量的8CB的涂层沿着正常的收缩，以初始厚度的百分数表示， 平均初始涂层厚度为18.4±1.6 μm。

图6 GISAXS研究8CB的分泌

在左图中，黑色、红色和蓝色的痕迹分别对应于初始状态下的样品，在用365nm光照射之后和在用455nm光照射之后；

在右侧中央，8CB的液滴形成变得可见。 8CB的初始单轴取向适应被驱逐液滴中的径向组织。

图7 由流体释放和再吸收控制的毛细管桥形成的摩擦和粘附力

a）在连续UV照射下释放流体时两个平行板之间的动态摩擦力；

b）通过UV释放液体和通过蓝光重吸收时两个板之间的摩擦；

c）不同曝光的两种涂层的附着力的示意图；

d）显示光控粘附的图片。

【小结】

研究人员开发了一种海绵状涂层，能够在光照下反复、可逆地释放和吸收液体。释放的液体的量受初始含量的显著影响。无论是液滴还是薄膜，均可以通过UV光的剂量来控制释放的类型。液体的释放在整个表面上是一体的，可以通过定向曝光局部地进行，也可以通过反应模制通过在涂层表面中集成的凹痕而在专用区域引导或进入专用区域。局部释放可用于控制涂层表面液滴的轨迹。有趣的是，可以通过决定两个平行板之间粘合力的强度来控制毛细管桥的形成。此外，分泌液原则上可以被另一种液体代替，最终可导致在极性调整网络分子的物理性质之后，含药物光致胶原蛋白的涂层受控局部释放。这种方法在释放反应物、微流体反应器和自清洁涂料和防涂鸦等方面具有极大潜力。

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

本文由材料人编辑部高分子学术组水手供稿，材料牛编辑整理。

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