基于N-烯丙基螺吡喃的多重刺激响应水凝胶：pH检测与智能变色应用新策略

针对传统水凝胶单一响应性局限，研究人员通过自由基聚合法设计了一种含新型N-烯丙基螺吡喃(SP)、N-异丙基丙烯酰胺(NIPAAm)和丙烯酸(AA)的多重响应水凝胶。该材料兼具光致变色、溶剂显色和pH响应特性，可裸眼识别有机溶剂并实现pH 1.0-13.0的快速检测，其温度响应行为可通过溶剂和AA含量调控，为智能加密、环境监测等领域提供了新思路。

　　

在材料科学与生命科学的交叉领域，智能水凝胶因其三维亲水网络结构和环境响应特性，已成为药物递送、伤口敷料等领域的研究热点。然而，传统水凝胶往往仅能响应单一刺激，在复杂应用场景中显得力不从心。更令人困扰的是，现有光响应性水凝胶的关键组分——螺吡喃衍生物的合成通常步骤繁琐，需经柱层析纯化，这严重制约了材料的规模化制备。面对这些挑战，复旦大学高分子分子工程国家重点实验室的研究团队另辟蹊径，开发了一种基于新型N-烯丙基螺吡喃(SP)的多功能水凝胶系统，相关成果发表在《Dyes and Pigments》上。

研究团队采用三步关键技术：首先通过改良合成路线制备N-烯丙基螺吡喃单体(SP)，该单体可通过重结晶纯化；其次利用自由基共聚将SP与NIPAAm、AA等单体交联形成水凝胶网络；最后通过核磁共振(NMR)、红外光谱(FT-IR)和扫描电镜(SEM)等多维度表征材料性能。

材料制备与表征
通过简化合成路线成功获得新型SP单体，¹H NMR和质谱证实其结构。以SP与NIPAAm共聚制得的p(NIPAAm-co-SP)水凝胶在紫外光照射下呈现从无色到紫色的可逆变色，且不同溶剂中显色差异显著，可实现裸眼鉴别。

pH响应性能
研究发现SP单体及其水凝胶在pH 1.0-3.0(红)、4.0(橙)、5.0-11.0(黄)和12.0-13.0(绿)区间呈现阶梯式变色，这种独特的"pH色阶"效应使其成为理想的宽范围pH传感器。

温度响应调控
通过调整聚合溶剂和AA含量，三元共聚物p(NIPAAm-co-SP-co-AA)水凝胶的低温临界溶解温度(LCST)可在25-40°C范围内精确调控，且伴随显著的颜色变化，这种"温控调色板"特性在智能显示领域潜力巨大。

结论与展望
该研究突破性地将N-烯丙基螺吡喃引入水凝胶体系，创造出兼具光、pH、温度三重响应能力的智能材料。其简易的合成工艺解决了传统螺吡喃衍生物制备难题，而多重变色特性为信息加密、环境监测提供了新工具。特别值得注意的是，材料在低温(-20°C)下仍保持弹性，这种抗冻特性拓展了其在极端环境中的应用可能。未来通过优化单体配比和网络结构，这类水凝胶或将在生物医学传感、自适应伪装等领域发挥更大价值。