刺激响应型水凝胶是一种由亲水性交联网络构成的软材料，其中光响应性水凝胶尤其受人关注。这类水凝胶能够通过光照实现远程控制，提供了一种非侵入性、成本效益高且响应迅速的控制方式。它们在多个领域展现出广阔的应用潜力，包括可控药物释放、调节表面湿润性以及智能致动器等。目前，大部分光响应性水凝胶聚焦于近红外至UV光范围，相比之下，X射线因其能穿透皮肤的特性，在疾病诊断和治疗等领域有着更为广泛的应用，但关于X射线响应性水凝胶的研究却相对少见。
基于上述背景，苏州大学材料化学与化工学部陈红教授和放射医学与防护学院胡亮副教授合作，制备并报道了一种具有可逆X射线响应性的聚(N-异丙基丙烯酰胺)基微凝胶光子材料。首先，将4-氨基偶氮苯（Azo）连接到聚（N-异丙基丙烯酰胺-co-丙烯酸）（pNIPAm-co-AAc）微凝胶上，合成pNIPAm-co-AAc-g-Azo微凝胶（图1）。随后，采用聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）作为基底，在其一面涂上硫化锌（ZnS）闪烁体，另一面镀上铬/金金属层，从而形成ZnS/PMMA/Cr/Au多层。随后，在金表面涂覆微凝胶单层膜，干燥后在其表面再镀上一层Cr/Au，最终形成ZnS/PMMA/Cr/Au/pNIPAm-co-AAc-g-Azo/Cr/Au（或ZnS/Au-Azo MG-Au）一维光子材料（图1）。
图1pNIPAm-co-AAc-g-Azo微凝胶及Azo MG基光子材料合成示意图。
当可见光照射并穿过金表面时，会在Azo MG单层发生共振，选择性反射特定波长的光，进而使ZnS/Au-Azo MG-Au光子材料呈现鲜艳的色彩。在X射线下，ZnS层被激发而发出紫外线，从而引起Azo的结构从反式转为顺式，微凝胶体积发生膨胀，这导致金层之间的距离增加，进而引起反射光谱的红移（图2）。将该光子材料置于黑暗条件下，微凝胶和干涉仪恢复到初始状态，使之能够重复响应X射线辐照（图3）。
图2(a) ZnS/Au-Azo MG-Au光子材料的X 射线响应机制图，(b) X射线响应动力学，辐照剂量：8 Gy。
图3ZnS/Au-Azo MG-Au光子材料的X射线可逆响应性。
最终，ZnS/Au-Azo MG-Au光子材料被用于X射线刺激药物释放。如图4所示，在X射线刺激下，光子材料（▼）成功实现模型药物环丙沙星的可控释放，未来该光子材料将拓展到肿瘤放化疗中。
图4不同光子材料经X射线照射后的CIP释放率。
该工作发表在Chinese Journal of PolymerScience上。苏州大学放射医学与辐射防护国家重点实验室硕士研究生王雅洁、材料化学与化工学部硕士研究生章萍为该论文的共同第一作者，陈红教授和胡亮副教授为通信联系人。
原文信息：
Interferometers Utilizing Reversible X-ray-induced Chemical Changes in Poly(N-isopropylacrylamide) Microgels
Wang, Y. J.; Zhang, P.; Serpe, M. J.; Chen, H.; Hu, L.
Chinese J. Polym. Sci.
DOI:10.1007/s10118-024-3223-4