Dynamic particles with switchable shapes in response to light have attracted great interest to develop programmable smart materials with superior spatial and temporal resolution. Herein, a facile strategy for light-responsive, shape-changing block copolymer (BCP) particles is developed. The key strategy is to exploit azobenzene-grafted Au nanoparticles (Au@Azo NPs) as active surfactants, showing light-dependent wetting behavior on each block of polystyrene-block-poly(2-vinylpyridine) (PS-b-P2VP) BCP particles through photoisomerization of Azo ligands between trans- and cis-isomer under visible and UV light, respectively. Thus, visible light induces the formation of onion-like BCP particles with PS-outermost layer, while UV-driven shape-shifting from the spheres to ellipsoids with both PS and P2VP exposed on the surface. The reversible shape evolution mechanism between the spheres and ellipsoids is further clarified using a cryogenic electron microscope. Furthermore, light-dependent fluorescence and shape of the hybrid particles are successfully demonstrated, enabling the visualization of particle shape into an optical signal.
외부 자극에 반응하여 입자의 모양이 조절되는 시스템은 스마트 재료 소재 개발 분야에서 오랫 동안 큰 관심을 받아 오고 있다. 이 중 빛은 원하는 영역에 국부적인 조사를 가할 수 있고 즉각적인 반응성을 유도할 수 있다는 특징을 가지고 있다. 본 학위논문에서는 광이성질화를 통해 극성이 변화하는 아조벤젠을 이용하여 자외선 및 가시광선 조건에 따라 블록공중합체 입자의 모양이 가역적으로 조절되는 새로운 방법을 개발하였다. 특히 아조벤젠을 리간드의 형태로 설계하여 구형의 금 나노 입자에 결합 시켰고 해당 무기 나노 입자를 계면활성제로 활용하였다. 새로운 형태의 빛 반응성 유/무기 하이브리드 입자 시스템을 구현하기 위해 블록공중합체와 아조벤젠이 결함된 금 입자를 유기용매를 이용해 제한된 에멀젼 공간에 가두고, 블록공중합체의 자가 조립을 유도하여 의해 모양과 내부 모폴로지가 제어된 하이브리드 입자를 제조하였다. 이러한 입자의 모양이 서로 다른 빛 조사 환경에서 여러 차례 가역적으로 변화하는 것을 확인하였고 시간에 따른 모양 변화 메커니즘을 극저온 투과 전자 현미경을 통해 분석하였다. 나아가 형광 특성을 가지는 파이렌 분자를 추가로 도입하여 하이브리드 입자의 가역적인 모양 변화에 따른 형광 조절을 통해 광학 센서로의 활용 가능성 또한 제시하였다.
