室温磷光水凝胶因具备柔性、生物相容性等特性，在生物成像、柔性显示、信息加密等领域具有重要应用潜力。然而，传统 RTP 水凝胶面临两大关键瓶颈：其一，水环境中水分子易猝灭磷光发射，且柔性凝胶基质会削弱系间窜越（ISC）过程效率，导致长余辉性能难以实现；其二，现有实现长余辉的策略（如掺杂量子点、引入刚性交联剂）多为不可逆设计，无法对磷光信息进行动态编辑与重构。作者受到夏威夷短尾鱿鱼和费氏弧菌的共生发光行为的启发，作者提出 “离子浓度梯度调控” 策略，通过钙离子与聚丙烯酸链的动态离子络合作用，同步实现凝胶网络刚性增强（保障长余辉）与钙离子动态迁移（实现信息编辑），构建了仿生 RTP 水凝胶系统（图1）。
图1. 受夏威夷短尾乌贼启发的室温磷光水凝胶示意图
作者首先探究了不同钙离子浓度对水凝胶力学性能、分子间相互作用及磷光行为的影响（图2）。拉伸强度测试结果表明，随钙离子浓度升高，杨氏模量显著增大，直观体现网络刚性增强。FTIR 光谱分析进一步揭示了分子层面的作用机制，钙离子的引入促进了氢键网络形成与离子配位，具体表现为 H 键结合相关特征峰强度增强，而游离羧基特征峰强度减弱。在磷光发射方面，该水凝胶磷光强度与余辉时间均随钙离子浓度升高而提升，当钙离子浓度为6 M时，余辉时长可达 6.5s。
图2. PAA/DETA-Ca2+水凝胶的力学性能、化学结构与磷光性能表征
该水凝胶还具备热机械响应及温控的磷光性能（图3）。拉伸测试与流变测试结果共同表明，随着温度的升高，该水凝胶模量显著下降，且初始的PAA/DETA水凝胶无此明显响应。变温 FTIR 光谱与二维红外光谱进一步揭示了分子层面的变化：温度升高会导致氢键网络解离，且氢键结合的 O-H 基团先于氢键结合的羧基发生解离，而钙离子与羧基的配位作用保持热稳定。这种网络结构的变化直接影响磷光性能，随着温度升高，磷光强度逐渐减弱，余辉时间显著缩短。
图3. PAA/DETA-Ca2+ 水凝胶的热响应特性与机制
作者展示了基于“水擦除” 与 “盐印刷” 的双向动态信息编辑方法，验证了水凝胶在信息调控方面的灵活性与可重复性（图4）。水擦除策略利用渗透压驱动钙离子从凝胶内部流出，使离子配位与氢键网络解离，水分子渗入后猝灭磷光，实现信息的高效清除。盐印刷策略则通过图案化模具控制氯化钙粉末的局部覆盖，使钙离子在特定区域渗透并诱导刚性化与磷光激活，成功生成多种复杂发光图案。此外，对盐图案的局部擦除提供了时序信息显示功能，通过梯度水擦除控制不同区域的余辉衰减速度，实现信息的动态时序变化。
图4. PAA/DETA-Ca2+水凝胶的动态信息编辑策略与性能
基于该水凝胶的形状记忆特性，作者开发了 3D 信息加密应用，拓展了水凝胶在信息安全领域的应用场景（图5）。水凝胶在高温下可被塑形为临时形状，冷却后锁定形态，再次加热，短时间内即可恢复至原始形态。在形状记忆循环过程中，水凝胶的磷光余辉未受影响，证实形状变化不破坏发光功能。结合形状记忆功能和水擦除策略，研究者设计了 3D 信息加密卷轴，为构建多维信息安全系统提供了新方案。
图5. PAA/DETA-Ca2+ 水凝胶的形状记忆性能与 3D 信息加密
PAA/DETA水凝胶的具备自修复能力，将此与盐打印手段结合，可以实现磷光信息的重构（图6）。其中，自修复机制依赖于 DETA 与 PAA 间电荷辅助氢键的快速重组。将两块印刷有不同磷光图案的水凝胶拼接愈合后，图案可完整保留，且拉伸、扭曲等操作不破坏图案完整性与发光性能。基于此开发的 “活字印刷” 式信息重构系统，可通过切割、重新排列并愈合印刷有字符或字母的水凝胶块，改变信息序列以传递不同含义，证实该水凝胶在柔性显示与可重构信息载体领域的应用价值。
图6. PAA/DETA-Ca2+-3 水凝胶的自修复性能与信息重构
本研究以夏威夷短尾鱿鱼的动态生物发光机制为仿生基础，成功开发出一种具有持久余辉与信息动态可调特性的室温磷光水凝胶。该材料不仅支持信息的可逆擦写与动态显示，还可实现三维信息加密及信息重构，展现出多样化的功能潜力。基于上述性能，研究进一步推动了可编程薄膜、信息加密卷轴等新型RTP显示系统的构建，为信息加密与柔性显示等领域提供了新的解决方案。
以上相关成果发表在Advanced Functional Materials上。论文的第一作者为宁波大学2022级本科生周智恒，通讯作者为宁波大学赵传壮教授。蒙特利尔大学范新震博士为共同通讯作者。该工作受到国家自然科学基金的资助。
近年来，宁波大学赵传壮课题组在氢键缔合聚集刺激响应性发光聚合物方面取得了一系列研究进展，提出了一系列构筑温度响应性AIE聚合物的新方法（Macromolecules 2022，55，8599；Macromolecules 2023，56，4278； Sci. China Chem. 2021, 64, 1770；Sci. China Chem. 2025, 68, s11426-025-2696-7；Adv. Mater. 2024, 36, 202401659），发展了一系列设计可动态调控的RTP水凝胶的新策略（Adv. Opt. Mater. 2025, 13, 2402627；Adv. Opt. Mater. 2024, 12, 202303330；Adv. Funct. Mater. 2025, 35, e09239）。
论文链接：
https://doi.org/10.1002/adfm.202509239
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