刺激響應(yīng)水凝膠可以對(duì)環(huán)境的微小變化產(chǎn)生較大的物理化學(xué)變化，在藥物傳遞、生物分離、生物傳感器和組織工程等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。但受聚集導(dǎo)致熒光猝滅（ACQ）效應(yīng)的影響，其在發(fā)光相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用受到限制，聚集誘導(dǎo)發(fā)光（AIE）概念的提出解決了這一難題。將AIE分子引入水凝膠體系，獲得了刺激響應(yīng)型AIE水凝膠，在生物醫(yī)學(xué)、信息防偽、3D水凝膠驅(qū)動(dòng)器以及軟體機(jī)器人開(kāi)發(fā)等多個(gè)高科技領(lǐng)域嶄露頭角。

近日，內(nèi)蒙古大學(xué) 王建國(guó) 教授與內(nèi)蒙古師范大學(xué) 莎仁 教授等在《發(fā)光學(xué)報(bào)》（EI、Scopus收錄，中文核心期刊）發(fā)表了題為“刺激響應(yīng)型AIE水凝膠研究進(jìn)展”的綜述文章，對(duì)近年來(lái)報(bào)道的不同刺激響應(yīng)機(jī)制的AIE水凝膠進(jìn)行了總結(jié)，分別從物理因素（溫度和光）、化學(xué)因素（pH、溶劑和離子)和生物因素（酶）三大方面闡述了水凝膠的制備、響應(yīng)機(jī)理及應(yīng)用現(xiàn)狀，并針對(duì)刺激響應(yīng)型AIE水凝膠面臨的問(wèn)題和挑戰(zhàn)進(jìn)行了展望。

圖1：不同刺激響應(yīng)型AIE水凝膠應(yīng)用示意圖

一、引言

刺激響應(yīng)水凝膠是指對(duì)環(huán)境的微小變化產(chǎn)生較大的物理化學(xué)變化的一類(lèi)水凝膠，如降解、溶膠-凝膠相變及形態(tài)改變等。而這些環(huán)境刺激因素包括物理因素（溫度、光、電、超聲、磁場(chǎng)等）、化學(xué)因素（pH值、溶劑、離子強(qiáng)度等）及生物因素（酶、抗體及糖）等。迄今為止，刺激響應(yīng)水凝膠的應(yīng)用范圍已經(jīng)隨著科學(xué)家們的不斷探索逐漸擴(kuò)大。但受ACQ效應(yīng)的影響，其在發(fā)光相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用受到一定限制。而具有AIE性質(zhì)的發(fā)色團(tuán)在溶解狀態(tài)時(shí)不發(fā)光，但在混合溶劑中，隨著不良溶劑體積比的增加，熒光隨之增強(qiáng)。因?yàn)樗z基質(zhì)具有親水性，當(dāng)把疏水性AIE分子引入其中時(shí)會(huì)自發(fā)聚集，從而限制其分子內(nèi)運(yùn)動(dòng)使得熒光增強(qiáng)。因此AIE分子的引入為構(gòu)建刺激響應(yīng)型水凝膠發(fā)光材料提供了可能性。

二、刺激響應(yīng)型 AIE 水凝膠

（1）物理因素（溫度、光）。概括了溫度響應(yīng)型AIE水凝膠和光響應(yīng)型AIE水凝膠的制備、響應(yīng)機(jī)理及應(yīng)用現(xiàn)狀。溫度響應(yīng)型AIE水凝膠由于其具有良好的生物相容性和獨(dú)特的發(fā)光特性，而在生物醫(yī)學(xué)、信息防偽等領(lǐng)域受到廣泛關(guān)注。光響應(yīng)型AIE水凝膠利用AIE分子對(duì)光的敏感性，利用清潔的刺激源—光實(shí)現(xiàn)了光學(xué)存儲(chǔ)、藥物遞送、化學(xué)/生物傳感及生物成像等領(lǐng)域的應(yīng)用。

（2）化學(xué)因素（pH、溶劑和離子）。概括了pH、溶劑和離子作為刺激源的響應(yīng)型AIE水凝膠的制備、響應(yīng)機(jī)理及應(yīng)用現(xiàn)狀。pH 響應(yīng)AIE水凝膠的結(jié)構(gòu)和性能會(huì)隨著體系中氫離子濃度變化而發(fā)生改變，通常與它們分子結(jié)構(gòu)中的官能團(tuán)有直接關(guān)系。溶劑響應(yīng)型AIE水凝膠以溶劑為刺激源，比如水，這類(lèi)水凝膠有望制成仿生智能變色軟機(jī)器人，用于環(huán)境、水上探測(cè)和偽裝等領(lǐng)域。離子型AIE水凝膠是指對(duì)某些離子可進(jìn)行特異性響應(yīng)，這類(lèi)水凝膠作為新型智能材料在化學(xué)傳感、信息加密等領(lǐng)域有潛在應(yīng)用價(jià)值。

（3）生物因素（酶）。酶響應(yīng)型AIE水凝膠以生物體中的酶作為刺激源，比如三磷酸腺苷酶（ATP酶）。這類(lèi)水凝膠有望用于細(xì)胞成像分析、藥物遞送等方面。

三、結(jié)論與展望

本綜述從物理刺激（溫度刺激響應(yīng)、光刺激響應(yīng)）、化學(xué)刺激（pH值刺激響 應(yīng)、溶劑刺激響應(yīng)、離子刺激響應(yīng)）以及生物刺激（酶刺激響應(yīng)）三大方面對(duì)刺激響應(yīng)型AIE水凝膠進(jìn)行歸納與總結(jié)，并闡述其在信息存儲(chǔ)與防偽、生物醫(yī)學(xué)、智能機(jī)器人等領(lǐng)域的潛在應(yīng)用。但總的來(lái)說(shuō)，刺激響應(yīng)型AIE水凝膠的研究尚處于初級(jí)階段，仍有很多問(wèn)題需要進(jìn)一步深入探索。

為了提高刺激響應(yīng)性AIE水凝膠的應(yīng)用能力，針對(duì)水凝膠材料的理化性質(zhì)，可進(jìn)一步提高材料的光學(xué)穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度；實(shí)現(xiàn)刺激條件與發(fā)光強(qiáng)度以及發(fā)光顏色的精準(zhǔn)調(diào)控等。隨著刺激響應(yīng)性水凝膠材料研究的不斷深入，相信其一定能夠在更多的高科技領(lǐng)域發(fā)揮其獨(dú)特的功能和作用，為人類(lèi)社會(huì)的健康發(fā)展做出突出貢獻(xiàn)。

| 論文信息 |

溫雪菲, 莎仁, 王建國(guó). 刺激響應(yīng)型AIE水凝膠研究進(jìn)展[J]. 發(fā)光學(xué)報(bào), 2022, 43(5):642-661. DOI：10.37188/CJL.20220023.

https://cjl.lightpublishing.cn/thesisDetails#10.37188/CJL.20220023

| 通訊作者簡(jiǎn)介 |

王建國(guó)，男，理學(xué)博士，內(nèi)蒙古大學(xué)教授，博士生導(dǎo)師。入選教育部“長(zhǎng)江學(xué)者獎(jiǎng)勵(lì)計(jì)劃”青年學(xué)者、內(nèi)蒙古自治區(qū)杰出青年、內(nèi)蒙古自治區(qū)第十批“草原英才”、江西省科技創(chuàng)新杰出青年、贛州市科技創(chuàng)新杰出青年、內(nèi)蒙古大學(xué)“駿馬計(jì)劃”、內(nèi)蒙古大學(xué)青年科技人才培育計(jì)劃等人才計(jì)劃。主要從事有機(jī)光電功能材料研究，主持面上、青年、地區(qū)等基金項(xiàng)目10余項(xiàng)。近五年，在國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)期刊上發(fā)表SCI論文60余篇，一作和通訊作者論文40余篇，包括Nat. Commun.，J. Am. Chem. Soc.，Angew. Chem. Int. Ed.，Adv. Mater.等，論文被引3 000余次。申請(qǐng)發(fā)明專(zhuān)利15項(xiàng)，獲授權(quán)發(fā)明專(zhuān)利11項(xiàng)?，F(xiàn)任《發(fā)光學(xué)報(bào)》青年編委。

E-mail: wangjg@iccas.ac.cn

莎仁，女，教授，碩士生導(dǎo)師。主要從事發(fā)光材料、光致變色材料的設(shè)計(jì)合成及應(yīng)用研究。在ACS Sustainable Chem. Eng.，Appl. Surf. Sci.，中國(guó)科學(xué)（B卷）等期刊發(fā)表論文40余篇；主持完成內(nèi)蒙古自治區(qū)自然科學(xué)基金項(xiàng)目、內(nèi)蒙古自治區(qū)教育廳自然科學(xué)重點(diǎn)項(xiàng)目等4項(xiàng)。

E-mail: sr@imnu.edu.cn

監(jiān)制 | 郝振東、趙陽(yáng)

編輯 | 趙唯

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