Solvent-Free Photoresponsive Artificial Muscles Rapidly Driven by Molecular Machines

光异构化 化学 部分 乙二醇 轮烷 PEG比率 辐照 螺吡喃 异构化 高分子化学 光化学 分子 超分子化学 立体化学 有机化学 光致变色 物理 催化作用 经济 核物理学 财务
作者
Shinji Ikejiri,Yoshinori Takashima,Motofumi Osaki,Hiroyasu Yamaguchi,Akira Harada
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:140 (49): 17308-17315 被引量:188
标识
DOI:10.1021/jacs.8b11351
摘要

We prepared photoresponsive actuators as both hydrogels and dry gels consisting of 4-arm poly(ethylene glycol) (PEG) cross-linked by a [c2]daisy chain, which is a double-threaded [2]rotaxane dimer with α-cyclodextrin (αCD) and stilbene. The obtained gels showed fast and large deformation triggered by UV irradiation in both wet and dry states. The UV/vis spectroscopy results, NMR measurements and tensile tests on the gels revealed that the actuation is driven by photoisomerization of the stilbene unit in the [c2]daisy chain. The responsiveness of these gels depends on the molecular weight of the 4-arm PEG. These results suggest that αCD recognizes trans-stilbene prior to UV irradiation to maintain the length of the PEG chain in the polymer network and that photoisomerization allows αCD to leave the cis-stilbene moiety and move onto the PEG chain because the association constant of αCD with cis-stilbene is quite low. Thus, the sliding motion of the αCD unit shrinks the [c2]daisy chain, leading to the contraction of the gels. In both wet and dry states, these actuations are repeatable through reversible photoisomerization of the stilbene moiety using different wavelengths of UV-light irradiation and can be used to perform bending and lifting actions (for 15 times heavier weight compared to the dry gel).
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