第28期

自2001年由香港科技大學唐本忠教授的研究團隊首先提出聚集誘導發光(aggregation induced emission, AIE)的概念，逐漸地此特性的材料受到非常多研究團隊的注意。AIE效應與一般傳統所見的聚集螢光萃熄(aggregation-caused quenching, ACQ)效應是完全相反的發光效應，他們起初發現一種噻咯(1-methyl-1,2,3,4,5-pentaphenylsilole, silole)衍生物在溶液中是幾乎不發光的，然而其分子在處於聚集態，或者是在固態的狀況下，產生出了很強的螢光，如圖1 所示，此歸咎於在稀溶液中，它的5個苯基進行了動態的分子內旋轉，而在聚集的狀態下，因為空間的限制，分子內旋轉受到了很大的阻礙及非輻射能量衰退受到了抑制，激發態分子只能透過輻射躍遷的形式回到基態，而使螢光明顯的增強。因此聚集誘導發光(AIE)的發現解決了在傳統有機發光材料中常見的聚集螢光萃熄(ACQ)的問題，並且在不同的發光領域上更具有好的應用前景，也讓有機發光材料能在不同條件下擁有更好的發光性能。
    本研究藉由RAFT活性聚合技術製備一系列含有親水性溫度感應N-isopropylacrylamide單體、聚集誘導發光響應的tetraphenylethene (TPE)單體與pH酸鹼值響應的丙烯酸acrylic acid (AA)單體的poly((NIPAM-co-TPE)-b-AA)嵌段共聚物，並探討其多重刺激響應性性質。實驗結果發現，poly((NIPAM-co-TPE)-b-AA)嵌段高分子的玻璃轉移溫度在128.0 oC以上，顯示其熱穩定性佳。而當導入AA單體時，poly(NIPAM-co-TPE)高分子熱裂解溫度從327.7-343.3 oC下降至poly((NIPAM-co-TPE)-b-AA)嵌段高分子的229.3-233.3 oC，表示AA單體降低了高分子的裂解溫度。溫度響應方面，實驗發現導入親油性TPE單體時減低了poly(NIPAM)高分子的最低臨界溶液溫度，推測原因為TPE分子破壞了NIPAM基團與水分子之間的氫鍵作用力。光學性質方面，加入水之後，發現以TPE衍生物為單體的高分子具有良好的聚集誘導發光效應。螢光在水溶液中的溫度效應，發現poly(NIPAM-co-TPE)嵌段高分子，在高於LCST時，螢光逐漸增強，這歸因於高於LCST時，TPE破壞NIPAM之間的作用力，高分子產生聚集，使得螢光增強。螢光在水溶液中的酸鹼感應，發現poly((NIPAM-co-TPE)-b-AA)嵌段高分子當在pH值在3-4時，具有最強的螢光強度，這歸因於AA單體pKa值位於4.2-4.5的原因。分子結構和聚集誘導發光圖如圖2 所示，本研究預期有助對生物感應和化學感應聚合物材料有良好發展。