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Angew天津大學宋東坡團隊發明可降解光子顏料，有望替代傳統塑料微珠與染料
來源：天津大學 2022-07-05
導讀：近日，天津大學材料學院宋東坡課題組利用“有序自發乳化原理(OSE)”，克服了水包油包水(w/o/w)多重乳液界面不穩定的挑戰，成功研制了具有靚麗結構色的光子晶體顏料。在國際頂級期刊《Angewandte Chemie International Edition》上發表題為“Precise Tailoring of Polyester Bottlebrush Amphiphiles toward Eco-Friendly Photonic Pigments via Interfacial Self-Assembly”的研究論文。
微塑料污染已成為亟待解決的全球環境問題，這是因為微塑料容易被海洋生物吞噬、吸附環境中的有害物質、釋放塑化劑和染料等有害化學品。初級微塑料是人類制造的塑料微珠，廣泛用于個人護理用品和化妝品中。塑料微珠常用聚苯乙烯(PS)、聚丙烯(PP)和聚乙烯(PE)等廉價的聚烯烴材料制備，這些非可降解的微珠能穿過城市的污水過濾系統排入江河湖海，對水生生態系統造成了顯著的負面影響，而且這種影響會持續數十年。此外，人們還會在塑料制品中添加人工合成染料以及閃光劑(如鋁片或云母片)來獲得漂亮的顏色與金屬色澤，同樣對環境與人類健康帶來負面影響。歐盟、美國等多個國家已經明令禁止了在洗去化妝品中添加塑料微珠。因此開發可生物降解、無毒的微珠和染料替代品是亟需的研究課題，但傳統的嵌段共聚物自組裝方法難以用來制備可降解的聚酯型光子顏料。近日，天津大學材料學院宋東坡課題組利用“有序自發乳化原理(OSE)”，克服了水包油包水(w/o/w)多重乳液界面不穩定的挑戰，成功研制了具有靚麗結構色的光子晶體顏料。此類光子顏料采用聚乳酸等可生物降解的聚酯材料制備，具有生物安全性好、可降解的優點，有望廣泛替代傳統的塑料微珠和染料，為化妝品行業帶來顛覆性的技術革新。此外，利用OSE原理制備光子顏料僅需單一工藝步驟，有利于規模化生產以降低應用成本。當前，以實驗室制備的材料成本計算，每瓶指甲油僅需0.4元左右的光子顏料，有巨大的潛在應用價值。
與中國海洋大學趙建課題組合作，分別選取了大腸桿菌、蛋白核小球藻、大型蚤和斑馬魚等不同營養級的典型水生生物，進行了嚴苛的環境安全評價。實驗結果表明：此類光子顏料未顯現出任何毒性，未對上述生物的行為造成任何不良影響，證明此類材料能作為環境友好的微珠與染料用于化妝品和其他工業產品中。該工作揭示了兩親性聚酯型嵌段共聚物刷側鏈長度變化對界面張力的影響規律，闡明了能觸發有序自發乳化機制(OSE)的界面張力范圍，為制備可降解聚酯型光子晶體顏料提供了普適性的策略。據宋東坡課題組透露：多孔光子微球材料還有望作為生物分子的高效載體，用于DNA信息存儲領域！Precise Tailoring of Polyester Bottlebrush Amphiphiles toward Eco-Friendly Photonic Pigments via Interfacial Self-Assembly文章的第一作者是天津大學的碩士研究生郭麒麟，共同第一作者是中國海洋大學的博士生薛潤澤。作者感謝國家重點研發計劃(No. 2021YFF1200100)、國家自然科學基金(No. 51873098, U2106213, 42192572)對本工作的資助支持！Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202206723
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