为了解决这一问题,来自中国人民大学的王亚培课题组提出用热塑性能极佳的橡胶,即反式聚异戊二烯(Trans-1,4-polyisoprene,TPI)作为基材,通过后掺杂的形式将碘导入共轭结构,赋予原本乳白色的聚异戊二烯以黑色的性质,使其具有光热转换性能。在红外光照射下,碘掺杂的TPI可以在0.9W的光功率下,升温超过160℃。此外,他们借助多维数字打印技术,设计并制造了一种能将太阳能转换成热能的TPI护膝,实现了对TPI的可定制化加工和黑化,为个性化光热转换产品制造提供了新的解决办法。
前一工作中,研究者发现在碘掺杂处理后的TPI表面具有阳离子自由基。基于这一发现,该课题组发展了一种利用阳离子自由基作为引发剂,在黑化TPI表面引发热敏型异丙基丙烯酰胺(NIPAM)聚合的方法。不同于传统的ATRP或RAFT方法,这种方法仅需一步碘蒸气处理,新颖巧妙、操作简单,不需要特殊的催化剂也无需严格的除氧过程。而且,黑化TPI的光热转换可以调节碘的光控释放,从而杀死细菌。
光热转换导致的温度变化也会引发PNIPAM链构象的变化,促进了死亡细菌的清除。基于这种新型表面接枝方法与材料本身优异的光热转换性能,研究者成功构建了光热转换触发的“杀菌释菌”系统。