刺激響應水凝膠可以對環境的微小變化產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域具有廣泛的應用。但受聚集導致熒光猝滅（ACQ）效應的影響，其在發光相關領域的應用受到限制，聚集誘導發光（AIE）概念的提出解決了這一難題。將AIE分子引入水凝膠體系，獲得了刺激響應型AIE水凝膠，在生物醫學、信息防偽、3D水凝膠驅動器以及軟體機器人開發等多個高科技領域嶄露頭角。

近日，內蒙古大學 王建國 教授與內蒙古師范大學 莎仁 教授等在《發光學報》（EI、Scopus收錄，中文核心期刊）發表了題為“刺激響應型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機制的AIE水凝膠進行了總結，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、響應機理及應用現狀，并針對刺激響應型AIE水凝膠面臨的問題和挑戰進行了展望。

圖1：不同刺激響應型AIE水凝膠應用示意圖

一、引言

刺激響應水凝膠是指對環境的微小變化產生較大的物理化學變化的一類水凝膠，如降解、溶膠-凝膠相變及形態改變等。而這些環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，刺激響應水凝膠的應用范圍已經隨著科學家們的不斷探索逐漸擴大。但受ACQ效應的影響，其在發光相關領域的應用受到一定限制。而具有AIE性質的發色團在溶解狀態時不發光，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。因為水凝膠基質具有親水性，當把疏水性AIE分子引入其中時會自發聚集，從而限制其分子內運動使得熒光增強。因此AIE分子的引入為構建刺激響應型水凝膠發光材料提供了可能性。

二、刺激響應型 AIE 水凝膠

（1）物理因素（溫度、光）。概括了溫度響應型AIE水凝膠和光響應型AIE水凝膠的制備、響應機理及應用現狀。溫度響應型AIE水凝膠由于其具有良好的生物相容性和獨特的發光特性，而在生物醫學、信息防偽等領域受到廣泛關注。光響應型AIE水凝膠利用AIE分子對光的敏感性，利用清潔的刺激源—光實現了光學存儲、藥物遞送、化學/生物傳感及生物成像等領域的應用。

（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型AIE水凝膠的制備、響應機理及應用現狀。pH 響應AIE水凝膠的結構和性能會隨著體系中氫離子濃度變化而發生改變，通常與它們分子結構中的官能團有直接關系。溶劑響應型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，用于環境、水上探測和偽裝等領域。離子型AIE水凝膠是指對某些離子可進行特異性響應，這類水凝膠作為新型智能材料在化學傳感、信息加密等領域有潛在應用價值。

（3）生物因素（酶）。酶響應型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、結論與展望

本綜述從物理刺激（溫度刺激響應、光刺激響應）、化學刺激（pH值刺激響 應、溶劑刺激響應、離子刺激響應）以及生物刺激（酶刺激響應）三大方面對刺激響應型AIE水凝膠進行歸納與總結，并闡述其在信息存儲與防偽、生物醫學、智能機器人等領域的潛在應用。但總的來說，刺激響應型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。

為了提高刺激響應性AIE水凝膠的應用能力，針對水凝膠材料的理化性質，可進一步提高材料的光學穩定性和機械強度；實現刺激條件與發光強度以及發光顏色的精準調控等。隨著刺激響應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域發揮其獨特的功能和作用，為人類社會的健康發展做出突出貢獻。

| 論文信息 |

溫雪菲, 莎仁, 王建國. 刺激響應型AIE水凝膠研究進展[J]. 發光學報, 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、內蒙古自治區杰出青年、內蒙古自治區第十批“草原英才”、江西省科技創新杰出青年、贛州市科技創新杰出青年、內蒙古大學“駿馬計劃”、內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、地區等基金項目10余項。近五年，在國內外學術期刊上發表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。申請發明專利15項，獲授權發明專利11項。現任《發光學報》青年編委。
E-mail: wangjg@iccas.ac.cn

莎仁，女，教授，碩士生導師。主要從事發光材料、光致變色材料的設計合成及應用研究。在ACS Sustainable Chem. Eng.，Appl. Surf. Sci.，中國科學（B卷）等期刊發表論文40余篇；主持完成內蒙古自治區自然科學基金項目、內蒙古自治區教育廳自然科學重點項目等4項。
E-mail: sr@imnu.edu.cn

監制 | 郝振東、趙陽

編輯 | 趙唯

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