[发明专利]一种水溶性双光子引发剂及其制备与应用

说明书

本发明公开一种水溶性双光子引发剂及其制备与应用，属于激光微纳加工技术领域。所述水溶性双光子引发剂由主体分子葫芦脲与客体分子咔唑乙烯基吡啶衍生物自组装而成。本发明的水溶性双光子引发剂具有较大的双光子吸收截面，克服了现有技术中引发剂体系复杂、有机溶剂残留等问题，在水相中作为单组分引发剂直接引发双光子聚合，制备具有低聚合阈值和高分辨率的三维结构。

技术领域

本发明涉及激光微纳加工技术领域。更具体地，涉及一种水溶性双光子引发剂及其制备与应用。

背景技术

双光子吸收是指在强激光激发下，分子或者原子可同时吸收两个频率相同或者频率不同的光子，从基态经过一个“虚拟态”跃迁至激发态。光聚合是指聚合物由于吸收光而分子量增加的过程，双光子聚合加工，不同于传统紫外光单光子聚合，是用具有大双光子吸收截面的光引发剂引发聚合反应，通常采用近红外激光，进行三维结构的高精度聚合加工。该技术已经在生物组织工程构建、高密度光信息存储、功能微器件制备等领域得到广泛应用。

近年来，由于双光子聚合加工是实现高分辨率的三维结构加工最为简单有效的方法之一，其在组织工程学中的应用受到了广泛关注，利用生物相容性的聚合单体在水相中发生光聚合，制备出三维微结构用作组织工程支架，在生物医学领域具有重要意义。双光子引发剂是双光子聚合体系的重要组成部分，它关系到聚合的速度及三维结构的精度。因此，缺少水溶性的高效双光子引发剂成为限制该技术在组织工程学上的应用的重要影响因素。一方面，现有的双光子引发剂水溶性较差，组织工程支架的加工往往在有机溶液中进行，聚合完后残留的有机溶剂极大影响了三维结构使用安全性；另一方面，应用于水相双光子聚合的引发剂往往双光子吸收截面较小，引发效率不高，常常需要加入光敏剂才能有效引发聚合，使得双光子引发剂体系组分变得非常复杂，聚合时引发阈值大，加工的三维结构分辨率低，同时也会引入安全隐患。(Journal of Biomedical Optics,2012,17(10):105008-105008；CN201410066509.6；)。因此，研究能够在水相中具有大双光子吸收截面、可以直接高效引发双光子聚合的水溶性引发剂成为解决这一问题的关键。

现有研究已经表明部分咔唑乙烯基吡啶衍生物能够作为双光子引发剂，但由于其水溶性的限制，只能在有机溶剂中通过加入光敏剂用于三维结构加工。(New Journal ofChemistry,2007,31(1):63-68.)

发明内容

为了克服现有水相中双光子聚合加工的引发剂水溶性差、引发剂体系组分复杂、引发效率低、有机溶剂残留的不足，本发明提供一种具有大双光子吸收截面的水溶性双光子引发剂，并提供该水溶性双光子引发剂的制备与应用。

为了实现以上目的，本发明采用以下技术方案：

一种水溶性双光子引发剂，所述引发剂由主体分子葫芦脲与客体分子咔唑乙烯基吡啶衍生物自组装而成；所述葫芦脲为葫芦[7]脲或葫芦[5]脲，所述咔唑乙烯基吡啶衍生物有如下结构通式：

其中R₁为H、乙基、丙基、丁基、戊基、苯基或羟基；

R₂为甲基、乙基或异丙基；

为

优选地，所述咔唑乙烯基吡啶衍生物有如下结构通式：

其中R₁为H、乙基、丙基、丁基、戊基、苯基或羟基；

R₂为甲基、乙基或异丙基；

为

本发明还提供上述水溶性双光子引发剂的制备方法，包括如下步骤：

S1、将咔唑乙烯基吡啶衍生物与水混合；