作为发光材料领域冉冉升起的新星，多色荧光高分子水凝胶是一类具有可调发光性能的高分子软材料，往往含有两个或多个发光中心。不同于其他主要以固态或液态形式存在的经典荧光材料，由于多色荧光高分子水凝胶的三维交联网络中包含大量水分，使其以高度含水的准固态形式存在，因此兼具许多优异的固体和液体的性能，包括与生物组织相近的模量，固有的软、湿特性，良好的生物相容性等。重要的是，得益于不同发光中心的可控荧光光谱的叠加，多色荧光高分子水凝胶可以被赋予不同的荧光发射强度和颜色。此外，由于很多发光中心具有刺激响应特性，因此可以引入多种刺激以实现凝胶基体的荧光强度和颜色的变化。这种宽光谱的颜色覆盖以及多刺激响应颜色变化的性质再集成水凝胶独特的软湿特性和化学与结构上的多功能性，使其具有巨大的应用前景和研究价值。
中国科学院宁波材料技术与工程研究所陈涛研究员课题组和香港科技大学唐本忠院士课题组基于近年来在荧光高分子水凝胶方面的研究进展（Adv. Mater., 2020, 32, 1906493；Angew. Chem. Int. Ed., 2019, 58, 16243; Adv. Mater., 2019, 31, 1902365；Adv. Funct. Mater., 2019, 29, 1905514; Chem. Mater., 2019, 31, 1092; Chem. Mater., 2019, 31, 5683; ACS Macro Lett., 2019, 8, 937; Sci. China Mater., 2019, 62, 831; Adv. Funct. Mater., 2018, 28, 1704568; Macromolecules, 2018, 51, 5762; ACS Sensor, 2018, 3, 2394; J. Phys. Chem. C, 2018, 122, 9499 et al.），近期在Angew. Chem. Int. Ed.上发表题为“Multicolor fluorescent polymeric hydrogels：colorfulness is more shining than homochromy”的综述（10.1002/anie.202007506）。
多色荧光高分子水凝胶的基本构筑策略和主要应用领域
多色荧光高分子水凝胶其实广泛存在于自然界中，因为许多海洋软体动物以凝胶状态存在并显示动态发光的行为，用于伪装和交流。这些天然的多色荧光通常来自于荧光蛋白或天然荧光团。同样的，人工合成的多色荧光高分子水凝胶的设计通常是将两个或多个具有不同发光颜色的荧光团加入到同一水凝胶体系中。另外，通过设计和引入一些具有刺激响应颜色变化性能的荧光团可以获得基于单一发光中心的智能多色荧光高分子水凝胶。到目前为止，许多类型的天然或人工合成的荧光团都可以用来设计和制备多色荧光高分子水凝胶。根据荧光基团的类型可以分为荧光蛋白、有机荧光团、镧系复合物和发光纳米粒子四个大类。
多色荧光高分子水凝胶具有很多优异性能，包括与生物组织类似的机械性能，固有的软、湿特性，良好的生物相容性和光学性能。这些独特的优势再结合其简单的制备方法和易于改性、修饰等特点，使其成为很有前途的发光材料，在传感、生物成像、仿生软机器人、防伪和智能显示等前沿应用领域显示出巨大潜力。尽管在过去的十多年中多色荧光高分子水凝胶的研究取得了一定的进展，但它仍然是一个充满许多可能性的年轻研究领域。未来基于多色荧光水凝胶的研究需要更加注重对新的构筑策略的开发，例如引入具有优异发光强度和稳定性的有机-无机杂化材料或金属掺杂材料作为发光中心；需要拓宽其吸收以及发射光谱范围，尤其是近红外区域，以满足其在生物医学领域的需求；需要继续发展多功能集成（比如自修复，形状记忆，导电性，磁响应）的多色荧光高分子水凝胶使单一体系的结构与功能更加完善。此外，荧光水凝胶的机械性能，保水能力也需要进一步的改善，从而提高其更多实际应用的价值。
以上工作得到了国家自然科学基金、中科院前沿科学重点研究项目、中科院青促会、广东省分子聚集发光重点实验室、华南理工大学、北京理工大学青年教师学术启动计划等的资助。
原文链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202007506
来源：中科院宁波材料所
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