光响应性可降解聚(L-丙交酯)-螺吡喃共聚物的合成及其对Fe3+的选择性检测与光控聚集行为研究

本研究针对环境监测和生物医学领域对智能响应材料的需求，通过将螺吡喃(SP)光敏单元与聚(L-丙交酯)(PLLA)结合，开发出具有光控可逆聚集特性和Fe3+选择性检测功能的生物可降解聚合物。该材料在紫外光照射下可实现SP-部花青(MC)异构化，形成粒径250-850 nm的纳米颗粒，对Fe3+的检测限达0.26 μM，为环境污染物监测和药物控释系统提供了新思路。

　　

在自然界中，生物体通过形状变化响应环境刺激的现象激发了科学家对智能材料的探索。这类能对光、热、电等外界刺激产生响应的材料，在环境监测、药物递送和生物传感等领域展现出巨大潜力。其中，螺吡喃(SP)因其独特的光致变色特性备受关注——这种分子能在紫外光照射下从疏水的闭环结构转变为极性的开环部花青(MC)形式，并伴随明显的颜色变化。然而，如何将SP的光响应特性与生物可降解材料结合，开发出兼具环境友好性和功能性的智能系统，仍是当前研究的挑战。

德里大学圣斯蒂芬学院化学系的研究团队创新性地将SP衍生物与聚(L-丙交酯)(PLLA)结合，通过开环聚合制备出分子量7000 g/mol的光响应性聚合物PLLA-SP。该材料不仅展现出优异的光控聚集行为，还能在水溶液中特异性识别Fe³⁺，相关成果发表在《Next Research》上。

研究采用核磁共振(¹H-NMR)和傅里叶变换红外光谱(FT-IR)表征聚合物结构，通过紫外-可见光谱分析光响应特性，并运用透射电镜(TEM)和动态光散射(DLS)观测纳米颗粒的聚集行为。金属离子检测实验采用Tris缓冲的甲醇-水体系(pH 7.6)。

2.1 合成

通过SP引发L-丙交酯的DBU催化聚合，成功制备末端带有SP单元的PLLA，热重分析证实产物在200°C以下稳定。

2.2 UV-Visible研究

PLLA-SP在365 nm紫外光照射下出现480-610 nm特征吸收峰，证实SP→MC转化。热褪色实验显示该过程符合一级动力学，速率常数在iPrOH中为0.0299 s^-1，且经5次循环后仍保持90%以上响应活性。

2.3 TEM研究

在iPrOH-水体系中，PLLA-SP自组装形成300-600 nm纳米颗粒。紫外照射后颗粒聚集增大至820 nm，这是MC形式增强分子间偶极相互作用所致。

2.4 DLS实验

光照使粒径从255 nm增至820 nm，多分散指数(PDI)从0.52升至0.60，证实光控聚集的可逆性。

2.5 金属离子响应

PLLA-SP对Fe³⁺表现出特异性响应，在410 nm处产生新吸收峰，溶液由无色变为黄色。竞争实验显示其他金属离子(如Cu²⁺、Hg²⁺)不干扰检测，检测限达0.26 μM。

2.6 比较研究

相较于传统SP-聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)体系仅能在有机溶剂中工作，PLLA-SP在水性环境中仍保持活性，且生物可降解特性使其更适合生物医学应用。

这项研究开创性地将生物可降解聚合物与光响应单元结合，解决了传统SP材料环境相容性差的问题。通过精确调控SP在聚合物末端的位置，实现了材料性能的双重调控：既保留SP的光致变色特性，又赋予PLLA的环境响应功能。特别是在Fe³⁺检测方面，0.26 μM的检测限优于多数报道的SP基传感器，且光控特性允许远程操控检测过程。该材料在环境重金属监测、智能药物载体和光学开关等领域具有重要应用前景，为开发新一代"绿色"智能材料提供了新范式。