发光学报 | 材料界升起的冉冉之星：刺激响应型AIE水凝胶

刺激响应水凝胶可以对环境的微小变化产生较大的物理化学变化，在药物传递、生物分离、生物传感器和组织工程等领域具有广泛的应用。但受聚集导致荧光猝灭（ACQ）效应的影响，其在发光相关领域的应用受到限制，聚集诱导发光（AIE）概念的提出解决了这一难题。将AIE分子引入水凝胶体系，获得了刺激响应型AIE水凝胶，在生物医学、信息防伪、3D水凝胶驱动器以及软体机器人开发等多个高科技领域崭露头角。

近日，内蒙古大学 王建国 教授与内蒙古师范大学 莎仁 教授等在《发光学报》（EI、Scopus收录，中文核心期刊）发表了题为“刺激响应型AIE水凝胶研究进展”的综述文章，对近年来报道的不同刺激响应机制的AIE水凝胶进行了总结，分别从物理因素（温度和光）、化学因素（pH、溶剂和离子)和生物因素（酶）三大方面阐述了水凝胶的制备、响应机理及应用现状，并针对刺激响应型AIE水凝胶面临的问题和挑战进行了展望。

图1：不同刺激响应型AIE水凝胶应用示意图

一、引言

刺激响应水凝胶是指对环境的微小变化产生较大的物理化学变化的一类水凝胶，如降解、溶胶-凝胶相变及形态改变等。而这些环境刺激因素包括物理因素（温度、光、电、超声、磁场等）、化学因素（pH值、溶剂、离子强度等）及生物因素（酶、抗体及糖）等。迄今为止，刺激响应水凝胶的应用范围已经随着科学家们的不断探索逐渐扩大。但受ACQ效应的影响，其在发光相关领域的应用受到一定限制。而具有AIE性质的发色团在溶解状态时不发光，但在混合溶剂中，随着不良溶剂体积比的增加，荧光随之增强。因为水凝胶基质具有亲水性，当把疏水性AIE分子引入其中时会自发聚集，从而限制其分子内运动使得荧光增强。因此AIE分子的引入为构建刺激响应型水凝胶发光材料提供了可能性。

二、刺激响应型 AIE 水凝胶

（1）物理因素（温度、光）。概括了温度响应型AIE水凝胶和光响应型AIE水凝胶的制备、响应机理及应用现状。温度响应型AIE水凝胶由于其具有良好的生物相容性和独特的发光特性，而在生物医学、信息防伪等领域受到广泛关注。光响应型AIE水凝胶利用AIE分子对光的敏感性，利用清洁的刺激源—光实现了光学存储、药物递送、化学/生物传感及生物成像等领域的应用。

（2）化学因素（pH、溶剂和离子）。概括了pH、溶剂和离子作为刺激源的响应型AIE水凝胶的制备、响应机理及应用现状。pH 响应AIE水凝胶的结构和性能会随着体系中氢离子浓度变化而发生改变，通常与它们分子结构中的官能团有直接关系。溶剂响应型AIE水凝胶以溶剂为刺激源，比如水，这类水凝胶有望制成仿生智能变色软机器人，用于环境、水上探测和伪装等领域。离子型AIE水凝胶是指对某些离子可进行特异性响应，这类水凝胶作为新型智能材料在化学传感、信息加密等领域有潜在应用价值。

（3）生物因素（酶）。酶响应型AIE水凝胶以生物体中的酶作为刺激源，比如三磷酸腺苷酶（ATP酶）。这类水凝胶有望用于细胞成像分析、药物递送等方面。

三、结论与展望

本综述从物理刺激（温度刺激响应、光刺激响应）、化学刺激（pH值刺激响 应、溶剂刺激响应、离子刺激响应）以及生物刺激（酶刺激响应）三大方面对刺激响应型AIE水凝胶进行归纳与总结，并阐述其在信息存储与防伪、生物医学、智能机器人等领域的潜在应用。但总的来说，刺激响应型AIE水凝胶的研究尚处于初级阶段，仍有很多问题需要进一步深入探索。

为了提高刺激响应性AIE水凝胶的应用能力，针对水凝胶材料的理化性质，可进一步提高材料的光学稳定性和机械强度；实现刺激条件与发光强度以及发光颜色的精准调控等。随着刺激响应性水凝胶材料研究的不断深入，相信其一定能够在更多的高科技领域发挥其独特的功能和作用，为人类社会的健康发展做出突出贡献。

| 论文信息 |

温雪菲, 莎仁, 王建国. 刺激响应型AIE水凝胶研究进展[J]. 发光学报, 2022, 43(5):642-661. DOI：10.37188/CJL.20220023.

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

| 通讯作者简介 |

王建国，男，理学博士，内蒙古大学教授，博士生导师。入选教育部“长江学者奖励计划”青年学者、内蒙古自治区杰出青年、内蒙古自治区第十批“草原英才”、江西省科技创新杰出青年、赣州市科技创新杰出青年、内蒙古大学“骏马计划”、内蒙古大学青年科技人才培育计划等人才计划。主要从事有机光电功能材料研究，主持面上、青年、地区等基金项目10余项。近五年，在国内外学术期刊上发表SCI论文60余篇，一作和通讯作者论文40余篇，包括Nat. Commun.，J. Am. Chem. Soc.，Angew. Chem. Int. Ed.，Adv. Mater.等，论文被引3 000余次。申请发明专利15项，获授权发明专利11项。现任《发光学报》青年编委。
E-mail: wangjg@iccas.ac.cn

莎仁，女，教授，硕士生导师。主要从事发光材料、光致变色材料的设计合成及应用研究。在ACS Sustainable Chem. Eng.，Appl. Surf. Sci.，中国科学（B卷）等期刊发表论文40余篇；主持完成内蒙古自治区自然科学基金项目、内蒙古自治区教育厅自然科学重点项目等4项。
E-mail: sr@imnu.edu.cn

监制 | 郝振东、赵阳

编辑 | 赵唯

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