港科大唐本忠院士团队、南开朱春雷研究员Angew：超支化聚电解质-多组分聚合及光动力生物图案化
聚电解质在生物体系和生产生活中都扮演着重要角色。在各种聚电解质中，超支化聚电解质以其特殊的三维支化结构而具有独特性质；但目前超支化聚电解质的合成仍具有较大挑战。通常，超支化聚合物可通过AB2单体缩聚而成；但此类单体化学性质不稳定，导致其合成困难，且制备得到的聚合物功能受限。另一种用于超支化聚合物的合成方法是利用A2与B3单体进行共聚，然而，该方法需要严格控制反应条件以避免凝胶化、多分散系数大及聚合度低的不足。对于聚电解质，其传统的合成方法是对非离子型聚合物进行离子化后修饰，然而该方法的转化率难以达到100%，导致遗留的聚合物链段缺陷且难以除去。对于某些聚电解质，可以通过偶联反应（如Heck和Sonogashira）直接获得，然而该方法所需的离子型单体种类有限且价格昂贵。除此之外，上述聚合体系大多是单组分或双组分聚合，极大地限制了聚合物结构与功能的多样性。
（来源：Angew. Chem. Int. Ed.）
近日，香港科技大学唐本忠院士，现为香港中文大学（深圳）理工学院院长，其团队与南开大学朱春雷研究员课题组合作，开发出一种基于C-H活化的多组分环化聚合，成功制备了一系列含稠杂环的多功能超支化聚电解质。该聚合路线以简单易得的二炔和廉价的芳腈、水/羧酸、六氟碲酸钠为原料，通过一锅法高效制备了超支化聚电解质，产率高达99%，绝对重均分子量高达100万。由于聚合物骨架中带正电的稠杂环具有较大的位阻和电荷排斥作用，可有效阻止分子链段的π-π堆积，因而，所得聚合物具有优异的溶解性和较小的多分散系数。该方法不仅为超支化聚电解质的合成提供了新策略，还为聚电解质功能的进一步拓展提供了可能性。这一成果近期以“Heteroaromatic Hyperbranched Polyelectrolytes: Multicomponent Polyannulation and Photodynamic Biopatterning”为题发表在《Angewandte Chemie International Edition》（DOI: 10.1002/anie.202104709）。
由于聚合物骨架中的阳离子稠杂环具有强烈的吸电子性质，通过引入具有不同电荷密度的单体便可以轻易地调控聚合物的发光波长。由于所得聚合物具有固态量子产率高、加工性优异及折光指数高等特性，可作为优异的发光材料实现二维荧光光刻的高分辨图案化，因此，在先进光电子器件中具有重要潜在应用。
（来源：Angew. Chem. Int. Ed.）
由于聚电解质结构中强烈的D-A相互作用以及超支化结构中限定的分子运动，使得处于聚集态的聚电解质在白光照射下具有较强的单线态氧产生能力，可用于光动力细菌杀伤。本文以聚电解质P1e/2a为例，证明了该系列聚电解质可用于细菌荧光成像以及高效杀伤耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）。
（来源：Angew. Chem. Int. Ed.）
基于聚合物光动力抗菌原理，作者成功实现了活细菌的图案化并监控了细菌图案的生长情况。具体来讲，将表达绿色荧光蛋白的金黄色葡萄球菌与聚合物孵育后涂于固体培养基，透过光掩模进行白光照射，经细菌培养后即可得到与光掩模形状相同且轮廓清晰的细菌图案。该方法成本低且操作简单，有望用于组织工程、生物芯片等领域。
（来源：Angew. Chem. Int. Ed.）
文章的第一作者为香港科技大学的博士研究生刘晓琳和南开大学的硕士研究生肖铭慧，通讯作者为南开大学的朱春雷研究员和香港科技大学的林荣业教授、唐本忠院士。