精细聚合物可控制备及功能应用湖南省重点实验室，主要针对制约我省和我国新材料、航空航天、生物医药、发光材料、环境保护、高铁轨道交通、汽车、风电装备、化工新能源和电子工业等领域中存在的问题，围绕精细聚合物的可控制备及功能应用等展开基础理论及应用基础研究，形成精细聚合物制备及应用的新理论、新工艺及新装备。
实验室设立4个研究方向：生物医用精细聚合物、多孔吸附精细聚合物、分离与防污精细聚合物、荧光精细聚合物，各个研究方向的主要研究内容如下。
方向1：生物医用精细聚合物
生物医用材料是当代科学技术中涉及学科最为广泛的多学科交叉领域，涉及材料、生物和医学等相关学科，是现代医学两大支柱—生物技术和生物医学工程的重要基础，其制备与应用受到越来越多的关注。本实验室将重点围绕以下三个方面，开展生物医用精细聚合物的可控制备与功能应用研究。
药物控释材料的制备及应用
基于肿瘤组织细胞与正常组织细胞内的pH差别，开展pH响应型药物控释材料的研究。在基体聚合物材料聚乳酸、聚氨酯、有机-无机复合材料上连接pH响应的官能团-NH-NH2 或者顺丁烯二酸酐，然后与相应的抗肿瘤药物形成酸性敏感的官能团，再自组装形成纳米粒子，通过体外释放试验考察药物载体的包封率与载药量；经过细胞与活体实验检验药物的释放效果，阐述影响药效的控制因素。设计合成相变温度适中的温敏型生物医用聚合物材料，利用其相变温度下材料性质变化从而释放药物的特点开展研究。在相应的脂质体、有机-无机复合硅质体中加入温敏响应型的材料MSPC、DPPC，调节形成的纳米材料相变温度在40-42℃之间。利用温敏型材料包载相关药物，考察药物释放规律、阐明药物的释放机理，验证释放药物的疗效。
组织工程支架材料的制备及应用
采用直接熔融共聚或接枝方法制备MPLGA、EMPLGA等系列可降解共聚物，通过改变共聚物组成、聚合反应参数实现其分子量和降解速率的可控；采用致孔剂法和热致相分离法制备不同孔径大小、且具有良好生物相容性以及降解速率可控的PLLA、PLGA、MPLGA、EMPLGA支架材料，有望用于骨、软骨修复、药物释放载体等医学领域；采用冷冻干燥法，以EDC为交联剂，制备具有良好的亲水性能的明胶/透明质酸水凝胶型支架材料，可作为潜在的构建组织工程支架材料；采用毛细管法将明胶/透明质酸水凝胶注入MPLGA、EMPLGA等多孔支架中，构建“软/硬”仿生复合型支架材料；研究组织支架材料的体内外降解性能和生物相容性，揭示降解性能、生物学性能等与材料组成的相互关系。
医用内固定材料的制备及应用
采用溶胶凝胶法制备微、纳米级生物活性玻璃，研究分散剂分子量、烧结温度等对生物活性玻璃粒径和形貌等的影响规律；采用化学沉淀法制备微纳米级羟基磷灰石和β-磷酸三钙等生物陶瓷，研究制备参数和烧结条件等对陶瓷粒径和物相组成的影响规律；采用压制成型法制备PLLA、PLGA、HDPE与生物玻璃陶瓷复合的致密材料，应用于生物医用内固定器件材料，探索高分子基体分子量、组成与无机相粒径、组成等对复合材料结构、力学性能、降解性能以及生物学性能的影响规律。
方向2：多孔吸附精细聚合物
多孔吸附精细聚合物具有大比表面积、高孔隙率、孔径可控、骨架密度低、良好的化学物理稳定性、可修饰性以及制备方法多样性等特点，在气体吸附/分离、废水处理、储能、非均相催化、分子器件和药物递释等领域广泛应用。本实验室将重点围绕以下三个方面，开展多孔吸附精细聚合物的可控制备与功能应用研究。
有序多孔聚合物的制备及在重金属离子富集中的应用
将羧基等活性功能基团接入到系列双二烯丙基烷基胺单体分子上，通过自由基聚合方式制备双二烯丙基烷基胺型网状有序多孔材料；或基于嵌段共聚物中链段有规律排列的特点，设计合成系列嵌段共聚物，采用共渗透振动法制备有序多孔结构。通过对制备的材料与制备过程控制条件，以及材料结构与对重金属离子的吸附分离性能研究，系统分析比较具有不同微结构的有序多孔材料对重金属离子吸附性能参数的差异，明确吸附性能与材料微结构如比表面积、孔径、孔容积以及表面活性基团之间的关系，探讨吸附作用机理，揭示有序多孔材料制备参数和多孔材料的结构与吸附性能间的关系规律，以及有序多孔材料与各种重金属离子的作用机制与规律。
纳米多孔有机聚合物材料的制备及在气体吸附中的应用
设计、合成三炔基苯、四炔基芘、四氨基卟啉、金属配位四氨基卟啉和系列二茂铁咔唑等高度对称的结构单体。利用高对称性炔单体与二茂铁衍生物反应，分别制备系列二茂铁基共轭微孔聚合物（FCMPs）和系列二茂铁基纳米多孔有机聚合物材料（FNOPs），系统研究产物的化学结构、孔结构、热稳定性、化学稳定性和表面形貌。考察不同温度下FCMPs和FNOPs对H2、N2、CH4和CO2等气体的可逆存贮性能，探讨FCMPs和FNOPs的结构与储气性能间的构效关系，利用Virial方程计算FCMPs和FNOPs的吸附焓，模拟计算FCMPs和FNOPs对N2/CH4、CH4/CO2、N2/CO2的选择性吸附效率。探索FNOPs的催化活性，揭示卟啉与二茂铁聚合物对催化烯烃环氧化活性与立体选择性的影响。
多孔配位聚合物的制备及在气体吸附中的应用
设计、合成系列脲基桥连含间苯二酸单元高对称性多齿羧酸配体，利用配体与不同金属离子或离子簇配位，构筑系列高孔隙率脲基修饰多孔配位聚合物，系统表征产物的化学与晶体结构，测试其比表面积、孔体积和孔径分布等孔结构数据、以及储气性能（H2、N2、CH4和CO2）等数据。利用GCMC及DFT等理论计算手段对多孔配位聚合物的结构和储气性能间的构效关系进行详细的理论研究，系统考察不同的孔径、孔型以及框架结构中极性桥连脲基和金属不饱和配位点的引入等对材料储气性能的影响，探讨多孔配位聚合物吸附H2、CH4和CO2气体的微观机理，揭示该类材料的特殊孔洞结构与储气性能间的构效关系。
方向3：分离与防污精细聚合物
分离精细聚合物是一类人工合成或天然存在的聚合物，能借助化学位差的推动，对多组份的混合物进行分离。该类聚合物在治理水污染、回收有用组分、提高稀土金属矿的资源利用率等领域有广泛应用。本实验室将重点围绕以下四个方面，开展分离与防污精细聚合物的可控制备与功能应用研究。
高分子印迹分离材料的制备及在稀土离子富集中的应用
研究高分子印记材料的分子构型与分离性能之间的关系，筛选出功能单体，与模板稀有金属离子配位合成印迹聚合物单体。在改性陶瓷膜表面接枝聚合印迹聚合物单体，考察各参数对复合膜结构和性能的影响，探索复合膜模板离子洗脱规律，揭示复合膜与稀有金属离子的识别机制，评价复合膜循环使用效能。制备具有温度和pH 双重敏感特性的聚氨酯水凝胶，探讨双重敏感型水凝胶的分子印迹特性和机理。以特殊结构三芳基硼化合物修饰、掺杂的高分子为研究对象，建立环境与高分子物理性质间关系的数学模型，研究高分子分离材料的性质随环境变化的规律。
聚合物络合-超滤耦合技术在污水处理中的应用
测试不同官能团修饰的新型高分子聚电解质对于金属离子的选择性络合性能，提高高分子聚电解质的选择性络合能力。对分离过程中各种操作参数对混合体系选择性分离系数的影响建立相应模型，针对不同金属离子，优化分离技术的操作条件。制备具有温度和pH双重敏感特性的聚氨酯基智能材料，探索温度和pH双重敏感聚合物膜在蛋白质、金属离子等分离方面的应用。拓展高分子聚合物络合-超滤耦合技术在污水处理和稀土金属离子分离提纯中的应用。
可降解防污聚合物的制备及在海洋防污方面的应用
采用开环聚合、缩聚反应和疏水化相结合的方法，制备低表面能自抛光聚氨酯涂料。研究可降解高分子材料结构与性能之间的关系，检测聚合物在人工海水中静态水解和脂肪酶的酶促降解性能，利用海洋挂板实验研究不同类型高分子材料的防污效果。结合相关实验参数建立材料海洋防污性能与各组分间的对应关系，调节材料海洋防污性能。在杂化材料中引入石墨烯以提高材料强度，并在降解过程中起到抗菌作用，探寻杂化材料的防污机理，揭示材料结构及组分对性能的影响规律。
高分子渗透汽化分离膜的制备及在MTBE、ETBE分离中的应用
开拓新的渗透汽化膜材料和制备方法，采用同时添加杂多酸、SiO2纳米粒子与高分子链通过化学键合的方式进行高分子改性，提高聚合物膜的结构稳定性，减少膜的溶胀，提高膜的分离性能和稳定性，揭示膜的组成、结构、形貌与MTBE、ETBE分离性能的内在联系，为高分子渗透汽化分离膜的设计和制备提供理论依据。
方向4：荧光精细聚合物
随着现代科学技术的发展，荧光可调控聚合物材料的应用领域已从电子、印刷、精细化工等领域扩大到塑料、纤维、医疗、生化和农业等方面，正在快速发展之中，荧光可调控聚合物材料研究与应用也将越来越广。在结合现有研究工作基础上，本研究方向将重点针对荧光聚合物传感器和荧光聚合物光致变色功能材料，展开以下三方面的研究工作。
基于ESIPT和FRET原理荧光聚合物的制备及应用
激发态质子转移(ESIPT)和Förster共振能量转移(FRET)及其相互耦合是重要的基本光化学或光物理过程，对研究化学和生物体系中的作用规律、探索生命现象的本质作用，以及荧光识别体系的构建、新型有机光电材料的设计研发等很有意义。利用Förster非辐射共振能量转移原理和ESIPT分子的结构与特性，综合运用稳态定荧光光谱和时间分辨荧光光谱等多种测试手段及DFT、TD-DFT量子化学计算，依据吸收光谱和发射光谱测试与计算结果，进行FRET-ESIPT耦合作用分子对的匹配性筛选，从理论和实验两方面考察模型体系的耦合效果，同时根据分子结构修作用饰及溶液pH值、反应介质、外加离子、超分子体系等的调控效应进一步进行的优化，构建FRET-ESIPT的耦合新体系，阐明耦合作用发生的机制、条件及调控作用的基本规律，建立荧光化合物发光性能的构效关系，为荧光识别、荧光性能调节等体系的构建提供新方法和科学依据。
荧光聚合物光致变色功能材料的可控制备及应用
在光致变色荧光聚合物研究中，将以荧光共振能量转移原理中对给体受体的能级匹配要求为基础，设计并合成多种与光致变色螺吡喃基团能级匹配、能够以共价键结合进聚合物纳米粒子的荧光单体（可有效避免染料泄漏），然后利用多种聚合法，合成多种具有可逆光控开关功能的新型光开关荧光聚合物纳米粒子。通过利用FRET计算对体系中给受体比例进行优化，使该两类聚合物纳米粒子均具有可控的能量转移效率、较高的光开关信号对比度、较快的光响应速度、良好的可逆循环性能，将是一类可应用于超高分辨率生物成像和高密度光学存储领域的新型聚合物纳米材料。
荧光聚合物传感器材料的可控制备及应用
在荧光聚合物研究中，通过结合细乳液聚合方法和Förster非辐射能量转移理论，构建以聚合物纳米粒子为基体的、具有单一波长激发多色荧光功能的能量转移体系，并获得该体系中能量转移效率与各荧光团给受体间距离及比例的对应关系；得到能量转移效率高、可单一波长激发的复合多色荧光聚合物纳米粒子。该粒子在复杂体系下的多种类生物识别和细胞成像领域具有重要的应用价值。而且，在已有的荧光聚合物纳米粒子制备基础上，通过对粒子表面的进一步功能化，可实现利用该荧光聚合物纳米粒子对多种过渡金属离子及生物分子的选择性高灵敏度识别。