作爲發(fā)光材料領域冉冉升起(qǐ)的新星，多色熒光高分子水凝膠是一類具有可調發(fā)光性能(néng)的高分子軟材料，往往含有兩(liǎng)個或多個發(fā)光中心。不同于其他主要以固态或液态形式存在的經(jīng)典熒光材料，由于多色熒光高分子水凝膠的三維交聯網絡中包含大量水分，使其以高度含水的準固态形式存在，因此兼具許多優異的固體和液體的性能(néng)，包括與生物組織相近的模量，固有的軟、濕特性，良好(hǎo)的生物相容性等。重要的是，得益于不同發(fā)光中心的可控熒光光譜的疊加，多色熒光高分子水凝膠可以被(bèi)賦予不同的熒光發(fā)射強度和顔色。此外，由于很多發(fā)光中心具有刺激響應特性，因此可以引入多種(zhǒng)刺激以實現凝膠基體的熒光強度和顔色的變化。這(zhè)種(zhǒng)寬光譜的顔色覆蓋以及多刺激響應顔色變化的性質再集成(chéng)水凝膠獨特的軟濕特性和化學(xué)與結構上的多功能(néng)性，使其具有巨大的應用前景和研究價值。
中國(guó)科學(xué)院甯波材料技術與工程研究所陳濤研究員課題組和香港科技大學(xué)唐本忠院士課題組基于近年來在熒光高分子水凝膠方面(miàn)的研究進(jìn)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.上發(fā)表題爲“Multicolor fluorescent polymeric hydrogels：colorfulness is more shining than homochromy”的綜述（10.1002/anie.202007506）。
多色熒光高分子水凝膠其實廣泛存在于自然界中，因爲許多海洋軟體動物以凝膠狀态存在并顯示動态發(fā)光的行爲，用于僞裝和交流。這(zhè)些天然的多色熒光通常來自于熒光蛋白或天然熒光團。同樣(yàng)的，人工合成(chéng)的多色熒光高分子水凝膠的設計通常是將(jiāng)兩(liǎng)個或多個具有不同發(fā)光顔色的熒光團加入到同一水凝膠體系中。另外，通過(guò)設計和引入一些具有刺激響應顔色變化性能(néng)的熒光團可以獲得基于單一發(fā)光中心的智能(néng)多色熒光高分子水凝膠。到目前爲止，許多類型的天然或人工合成(chéng)的熒光團都(dōu)可以用來設計和制備多色熒光高分子水凝膠。根據熒光基團的類型可以分爲熒光蛋白、有機熒光團、镧系複合物和發(fā)光納米粒子四個大類。
多色熒光高分子水凝膠具有很多優異性能(néng)，包括與生物組織類似的機械性能(néng)，固有的軟、濕特性，良好(hǎo)的生物相容性和光學(xué)性能(néng)。這(zhè)些獨特的優勢再結合其簡單的制備方法和易于改性、修飾等特點，使其成(chéng)爲很有前途的發(fā)光材料，在傳感、生物成(chéng)像、仿生軟機器人、防僞和智能(néng)顯示等前沿應用領域顯示出巨大潛力。盡管在過(guò)去的十多年中多色熒光高分子水凝膠的研究取得了一定的進(jìn)展，但它仍然是一個充滿許多可能(néng)性的年輕研究領域。未來基于多色熒光水凝膠的研究需要更加注重對(duì)新的構築策略的開(kāi)發(fā)，例如引入具有優異發(fā)光強度和穩定性的有機-無機雜化材料或金屬摻雜材料作爲發(fā)光中心；需要拓寬其吸收以及發(fā)射光譜範圍，尤其是近紅外區域，以滿足其在生物醫學(xué)領域的需求；需要繼續發(fā)展多功能(néng)集成(chéng)（比如自修複，形狀記憶，導電性，磁響應）的多色熒光高分子水凝膠使單一體系的結構與功能(néng)更加完善。此外，熒光水凝膠的機械性能(néng)，保水能(néng)力也需要進(jìn)一步的改善，從而提高其更多實際應用的價值。
以上工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、中科院前沿科學(xué)重點研究項目、中科院青促會、廣東省分子聚集發(fā)光重點實驗室、華南理工大學(xué)、北京理工大學(xué)青年教師學(xué)術啓動計劃等的資助。
多色熒光高分子水凝膠的基本構築策略和主要應用領域
（高分子與複合材料實驗室 魏書心）
