刺激響應(yīng)水凝膠可以對環(huán)境的微小變化產(chǎn)生較大的物理化學變化，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、信息防偽、3D水凝膠驅(qū)動器以及軟體機器人開發(fā)等多個高科技領(lǐng)域嶄露頭角。

近日，內(nèi)蒙古大學 王建國 教授與內(nèi)蒙古師范大學 莎仁 教授等在《發(fā)光學報》（EI、Scopus收錄，中文核心期刊）發(fā)表了題為“刺激響應(yīng)型AIE水凝膠研究進展”的綜述文章，對近年來報道的不同刺激響應(yīng)機制的AIE水凝膠進行了總結(jié)，分別從物理因素（溫度和光）、化學因素（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)機理及應(yīng)用現(xiàn)狀，并針對刺激響應(yīng)型AIE水凝膠面臨的問題和挑戰(zhàn)進行了展望。

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)水凝膠是指對環(huán)境的微小變化產(chǎn)生較大的物理化學變化的一類水凝膠，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、磁場等）、化學因素（pH值、溶劑、離子強度等）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)隨著科學家們的不斷探索逐漸擴大。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)色團在溶解狀態(tài)時不發(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。因為水凝膠基質(zhì)具有親水性，當把疏水性AIE分子引入其中時會自發(fā)聚集，從而限制其分子內(nèi)運動使得熒光增強。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特的發(fā)光特性，而在生物醫(yī)學、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分子對光的敏感性，利用清潔的刺激源—光實現(xiàn)了光學存儲、藥物遞送、化學/生物傳感及生物成像等領(lǐng)域的應(yīng)用。

（2）化學因素（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，這類水凝膠有望制成仿生智能變色軟機器人，用于環(huán)境、水上探測和偽裝等領(lǐng)域。離子型AIE水凝膠是指對某些離子可進行特異性響應(yīng)，這類水凝膠作為新型智能材料在化學傳感、信息加密等領(lǐng)域有潛在應(yīng)用價值。

（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）。這類水凝膠有望用于細胞成像分析、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)）三大方面對刺激響應(yīng)型AIE水凝膠進行歸納與總結(jié)，并闡述其在信息存儲與防偽、生物醫(yī)學、智能機器人等領(lǐng)域的潛在應(yīng)用。但總的來說，刺激響應(yīng)型AIE水凝膠的研究尚處于初級階段，仍有很多問題需要進一步深入探索。

為了提高刺激響應(yīng)性AIE水凝膠的應(yīng)用能力，針對水凝膠材料的理化性質(zhì)，可進一步提高材料的光學穩(wěn)定性和機械強度；實現(xiàn)刺激條件與發(fā)光強度以及發(fā)光顏色的精準調(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)揮其獨特的功能和作用，為人類社會的健康發(fā)展做出突出貢獻。

| 論文信息 |

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

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

| 通訊作者簡介 |

王建國，男，理學博士，內(nèi)蒙古大學教授，博士生導師。入選教育部“長江學者獎勵計劃”青年學者、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“駿馬計劃”、內(nèi)蒙古大學青年科技人才培育計劃等人才計劃。主要從事有機光電功能材料研究，主持面上、青年、地區(qū)等基金項目10余項。近五年，在國內(nèi)外學術(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。申請發(fā)明專利15項，獲授權(quán)發(fā)明專利11項。現(xiàn)任《發(fā)光學報》青年編委。
E-mail: wangjg@iccas.ac.cn

莎仁，女，教授，碩士生導師。主要從事發(fā)光材料、光致變色材料的設(shè)計合成及應(yīng)用研究。在ACS Sustainable Chem. Eng.，Appl. Surf. Sci.，中國科學（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)自然科學基金項目、內(nèi)蒙古自治區(qū)教育廳自然科學重點項目等4項。
E-mail: sr@imnu.edu.cn

監(jiān)制 | 郝振東、趙陽

編輯 | 趙唯

閱讀原文