精細聚合物可控制備及功能應用湖南省重點實驗室，主要針對制約我省和我國新材料、航空航天、生物醫藥、發光材料、環境保護、高鐵軌道交通、汽車、風電裝備、化工新能源和電子工業等領域中存在的問題，圍繞精細聚合物的可控制備及功能應用等展開基礎理論及應用基礎研究，形成精細聚合物制備及應用的新理論、新工藝及新裝備。
實驗室設立4個研究方向：生物醫用精細聚合物、多孔吸附精細聚合物、分離與防污精細聚合物、熒光精細聚合物，各個研究方向的主要研究内容如下。
方向1：生物醫用精細聚合物
生物醫用材料是當代科學技術中涉及學科最為廣泛的多學科交叉領域，涉及材料、生物和醫學等相關學科，是現代醫學兩大支柱—生物技術和生物醫學工程的重要基礎，其制備與應用受到越來越多的關注。本實驗室将重點圍繞以下三個方面，開展生物醫用精細聚合物的可控制備與功能應用研究。
藥物控釋材料的制備及應用
基于腫瘤組織細胞與正常組織細胞内的pH差别，開展pH響應型藥物控釋材料的研究。在基體聚合物材料聚乳酸、聚氨酯、有機-無機複合材料上連接pH響應的官能團-NH-NH2 或者順丁烯二酸酐，然後與相應的抗腫瘤藥物形成酸性敏感的官能團，再自組裝形成納米粒子，通過體外釋放試驗考察藥物載體的包封率與載藥量；經過細胞與活體實驗檢驗藥物的釋放效果，闡述影響藥效的控制因素。設計合成相變溫度适中的溫敏型生物醫用聚合物材料，利用其相變溫度下材料性質變化從而釋放藥物的特點開展研究。在相應的脂質體、有機-無機複合矽質體中加入溫敏響應型的材料MSPC、DPPC，調節形成的納米材料相變溫度在40-42℃之間。利用溫敏型材料包載相關藥物，考察藥物釋放規律、闡明藥物的釋放機理，驗證釋放藥物的療效。
組織工程支架材料的制備及應用
采用直接熔融共聚或接枝方法制備MPLGA、EMPLGA等系列可降解共聚物，通過改變共聚物組成、聚合反應參數實現其分子量和降解速率的可控；采用緻孔劑法和熱緻相分離法制備不同孔徑大小、且具有良好生物相容性以及降解速率可控的PLLA、PLGA、MPLGA、EMPLGA支架材料，有望用于骨、軟骨修複、藥物釋放載體等醫學領域；采用冷凍幹燥法，以EDC為交聯劑，制備具有良好的親水性能的明膠/透明質酸水凝膠型支架材料，可作為潛在的構建組織工程支架材料；采用毛細管法将明膠/透明質酸水凝膠注入MPLGA、EMPLGA等多孔支架中，構建“軟/硬”仿生複合型支架材料；研究組織支架材料的體内外降解性能和生物相容性，揭示降解性能、生物學性能等與材料組成的相互關系。
醫用内固定材料的制備及應用
采用溶膠凝膠法制備微、納米級生物活性玻璃，研究分散劑分子量、燒結溫度等對生物活性玻璃粒徑和形貌等的影響規律；采用化學沉澱法制備微納米級羟基磷灰石和β-磷酸三鈣等生物陶瓷，研究制備參數和燒結條件等對陶瓷粒徑和物相組成的影響規律；采用壓制成型法制備PLLA、PLGA、HDPE與生物玻璃陶瓷複合的緻密材料，應用于生物醫用内固定器件材料，探索高分子基體分子量、組成與無機相粒徑、組成等對複合材料結構、力學性能、降解性能以及生物學性能的影響規律。
方向2：多孔吸附精細聚合物
多孔吸附精細聚合物具有大比表面積、高孔隙率、孔徑可控、骨架密度低、良好的化學物理穩定性、可修飾性以及制備方法多樣性等特點，在氣體吸附/分離、廢水處理、儲能、非均相催化、分子器件和藥物遞釋等領域廣泛應用。本實驗室将重點圍繞以下三個方面，開展多孔吸附精細聚合物的可控制備與功能應用研究。
有序多孔聚合物的制備及在重金屬離子富集中的應用
将羧基等活性功能基團接入到系列雙二烯丙基烷基胺單體分子上，通過自由基聚合方式制備雙二烯丙基烷基胺型網狀有序多孔材料；或基于嵌段共聚物中鍊段有規律排列的特點，設計合成系列嵌段共聚物，采用共滲透振動法制備有序多孔結構。通過對制備的材料與制備過程控制條件，以及材料結構與對重金屬離子的吸附分離性能研究，系統分析比較具有不同微結構的有序多孔材料對重金屬離子吸附性能參數的差異，明确吸附性能與材料微結構如比表面積、孔徑、孔容積以及表面活性基團之間的關系，探讨吸附作用機理，揭示有序多孔材料制備參數和多孔材料的結構與吸附性能間的關系規律，以及有序多孔材料與各種重金屬離子的作用機制與規律。
納米多孔有機聚合物材料的制備及在氣體吸附中的應用
設計、合成三炔基苯、四炔基芘、四氨基卟啉、金屬配位四氨基卟啉和系列二茂鐵咔唑等高度對稱的結構單體。利用高對稱性炔單體與二茂鐵衍生物反應，分别制備系列二茂鐵基共轭微孔聚合物（FCMPs）和系列二茂鐵基納米多孔有機聚合物材料（FNOPs），系統研究産物的化學結構、孔結構、熱穩定性、化學穩定性和表面形貌。考察不同溫度下FCMPs和FNOPs對H2、N2、CH4和CO2等氣體的可逆存貯性能，探讨FCMPs和FNOPs的結構與儲氣性能間的構效關系，利用Virial方程計算FCMPs和FNOPs的吸附焓，模拟計算FCMPs和FNOPs對N2/CH4、CH4/CO2、N2/CO2的選擇性吸附效率。探索FNOPs的催化活性，揭示卟啉與二茂鐵聚合物對催化烯烴環氧化活性與立體選擇性的影響。
多孔配位聚合物的制備及在氣體吸附中的應用
設計、合成系列脲基橋連含間苯二酸單元高對稱性多齒羧酸配體，利用配體與不同金屬離子或離子簇配位，構築系列高孔隙率脲基修飾多孔配位聚合物，系統表征産物的化學與晶體結構，測試其比表面積、孔體積和孔徑分布等孔結構數據、以及儲氣性能（H2、N2、CH4和CO2）等數據。利用GCMC及DFT等理論計算手段對多孔配位聚合物的結構和儲氣性能間的構效關系進行詳細的理論研究，系統考察不同的孔徑、孔型以及框架結構中極性橋連脲基和金屬不飽和配位點的引入等對材料儲氣性能的影響，探讨多孔配位聚合物吸附H2、CH4和CO2氣體的微觀機理，揭示該類材料的特殊孔洞結構與儲氣性能間的構效關系。
方向3：分離與防污精細聚合物
分離精細聚合物是一類人工合成或天然存在的聚合物，能借助化學位差的推動，對多組份的混合物進行分離。該類聚合物在治理水污染、回收有用組分、提高稀土金屬礦的資源利用率等領域有廣泛應用。本實驗室将重點圍繞以下四個方面，開展分離與防污精細聚合物的可控制備與功能應用研究。
高分子印迹分離材料的制備及在稀土離子富集中的應用
研究高分子印記材料的分子構型與分離性能之間的關系，篩選出功能單體，與模闆稀有金屬離子配位合成印迹聚合物單體。在改性陶瓷膜表面接枝聚合印迹聚合物單體，考察各參數對複合膜結構和性能的影響，探索複合膜模闆離子洗脫規律，揭示複合膜與稀有金屬離子的識别機制，評價複合膜循環使用效能。制備具有溫度和pH 雙重敏感特性的聚氨酯水凝膠，探讨雙重敏感型水凝膠的分子印迹特性和機理。以特殊結構三芳基硼化合物修飾、摻雜的高分子為研究對象，建立環境與高分子物理性質間關系的數學模型，研究高分子分離材料的性質随環境變化的規律。
聚合物絡合-超濾耦合技術在污水處理中的應用
測試不同官能團修飾的新型高分子聚電解質對于金屬離子的選擇性絡合性能，提高高分子聚電解質的選擇性絡合能力。對分離過程中各種操作參數對混合體系選擇性分離系數的影響建立相應模型，針對不同金屬離子，優化分離技術的操作條件。制備具有溫度和pH雙重敏感特性的聚氨酯基智能材料，探索溫度和pH雙重敏感聚合物膜在蛋白質、金屬離子等分離方面的應用。拓展高分子聚合物絡合-超濾耦合技術在污水處理和稀土金屬離子分離提純中的應用。
可降解防污聚合物的制備及在海洋防污方面的應用
采用開環聚合、縮聚反應和疏水化相結合的方法，制備低表面能自抛光聚氨酯塗料。研究可降解高分子材料結構與性能之間的關系，檢測聚合物在人工海水中靜态水解和脂肪酶的酶促降解性能，利用海洋挂闆實驗研究不同類型高分子材料的防污效果。結合相關實驗參數建立材料海洋防污性能與各組分間的對應關系，調節材料海洋防污性能。在雜化材料中引入石墨烯以提高材料強度，并在降解過程中起到抗菌作用，探尋雜化材料的防污機理，揭示材料結構及組分對性能的影響規律。
高分子滲透汽化分離膜的制備及在MTBE、ETBE分離中的應用
開拓新的滲透汽化膜材料和制備方法，采用同時添加雜多酸、SiO2納米粒子與高分子鍊通過化學鍵合的方式進行高分子改性，提高聚合物膜的結構穩定性，減少膜的溶脹，提高膜的分離性能和穩定性，揭示膜的組成、結構、形貌與MTBE、ETBE分離性能的内在聯系，為高分子滲透汽化分離膜的設計和制備提供理論依據。
方向4：熒光精細聚合物
随着現代科學技術的發展，熒光可調控聚合物材料的應用領域已從電子、印刷、精細化工等領域擴大到塑料、纖維、醫療、生化和農業等方面，正在快速發展之中，熒光可調控聚合物材料研究與應用也将越來越廣。在結合現有研究工作基礎上，本研究方向将重點針對熒光聚合物傳感器和熒光聚合物光緻變色功能材料，展開以下三方面的研究工作。
基于ESIPT和FRET原理熒光聚合物的制備及應用
激發态質子轉移(ESIPT)和Förster共振能量轉移(FRET)及其相互耦合是重要的基本光化學或光物理過程，對研究化學和生物體系中的作用規律、探索生命現象的本質作用，以及熒光識别體系的構建、新型有機光電材料的設計研發等很有意義。利用Förster非輻射共振能量轉移原理和ESIPT分子的結構與特性，綜合運用穩态定熒光光譜和時間分辨熒光光譜等多種測試手段及DFT、TD-DFT量子化學計算，依據吸收光譜和發射光譜測試與計算結果，進行FRET-ESIPT耦合作用分子對的匹配性篩選，從理論和實驗兩方面考察模型體系的耦合效果，同時根據分子結構修作用飾及溶液pH值、反應介質、外加離子、超分子體系等的調控效應進一步進行的優化，構建FRET-ESIPT的耦合新體系，闡明耦合作用發生的機制、條件及調控作用的基本規律，建立熒光化合物發光性能的構效關系，為熒光識别、熒光性能調節等體系的構建提供新方法和科學依據。
熒光聚合物光緻變色功能材料的可控制備及應用
在光緻變色熒光聚合物研究中，将以熒光共振能量轉移原理中對給體受體的能級匹配要求為基礎，設計并合成多種與光緻變色螺吡喃基團能級匹配、能夠以共價鍵結合進聚合物納米粒子的熒光單體（可有效避免染料洩漏），然後利用多種聚合法，合成多種具有可逆光控開關功能的新型光開關熒光聚合物納米粒子。通過利用FRET計算對體系中給受體比例進行優化，使該兩類聚合物納米粒子均具有可控的能量轉移效率、較高的光開關信号對比度、較快的光響應速度、良好的可逆循環性能，将是一類可應用于超高分辨率生物成像和高密度光學存儲領域的新型聚合物納米材料。
熒光聚合物傳感器材料的可控制備及應用
在熒光聚合物研究中，通過結合細乳液聚合方法和Förster非輻射能量轉移理論，構建以聚合物納米粒子為基體的、具有單一波長激發多色熒光功能的能量轉移體系，并獲得該體系中能量轉移效率與各熒光團給受體間距離及比例的對應關系；得到能量轉移效率高、可單一波長激發的複合多色熒光聚合物納米粒子。該粒子在複雜體系下的多種類生物識别和細胞成像領域具有重要的應用價值。而且，在已有的熒光聚合物納米粒子制備基礎上，通過對粒子表面的進一步功能化，可實現利用該熒光聚合物納米粒子對多種過渡金屬離子及生物分子的選擇性高靈敏度識别。
