《AM》唐本忠院士团队综述聚拢诱导发光凝胶：造制、功效和使用

【择要】

体现出聚拢诱导放射的发色团（即聚拢诱导放射发光体 [AIEgens]）在其聚拢状态下发出猛烈的荧光，但因为分子内活动的限定和自由的改变，在溶液中作为分离分子种类的放射可以纰漏不计。作为具有致密相和自由空间的溶剂溶胀准固体，凝胶可以或许利用分子内活动。是以，AIE 活性凝胶因其种种奇特的特性和宽阔的应用潜力而引起了人们的极大兴趣。近来，北京理工大学Zhao Li和香港科技大学唐本忠院士团队提供了 AIE 活性凝胶的全面概述。细致先容了所采纳的制造计谋，并总结了 AIEgens 的应用。别的，展现了 AIE 部门孕育发生的凝胶功效，以及它们的布局-性子干系。别的，还阐明了 AIE 活性凝胶在差别范畴的应用。最终，商议了当前面对的挑衅息争决这些题目的潜伏要领，以及 AIE 活性凝胶的将来远景，总体目的是引发对新质料和想法的研究。相干论文以题为Aggregation-Induced Emission-Active Gels: Fabrications, Functions, and Applications颁发在《Advanced Materials》上。

【主图】

先容

凝胶是被疏散介质饱和的 3D 网络。凝胶在天然界中遍及存在，大多数生物构造以水凝胶的情势存在。凝胶固然具有含水量大、变形本领强、润滑性好、规复性好、多种刺激相应特性等长处，对生命支持具有紧张意义，但天然界中凝胶的种类有限，且以水凝胶居多。受大天然的开导，开辟了种种人造凝胶，其范畴也从水凝胶进一步扩展到有机凝胶、气凝胶和干凝胶。是以，人造凝胶在农业（农作物莳植）、情况爱护（污水处置惩罚）、生物大分子分散（凝胶电泳）、骨科（构造添补物）、小我私家照顾护士（婴儿纸尿裤和隐形眼镜）等浩繁范畴得到了应用、美容（面霜）、修建行业（隔热质料）、电子行业（组件涂料和电池凝胶电解质）和食操行业（果冻状食品）。固然人造凝胶在这些传统范畴得到了遍及的应用，但其在发光相干范畴等高科技范畴的应用却很有限。

是以，该综述的目标是对该范畴举行全面、体系和深入的概述。扼要先容凝胶和AIE，然后是AIE活性凝胶。随后，概述了AIE活性凝胶和AIEgens 的制备计谋，回忆了AIE活性凝胶的奇特功效，并商议告终构-功效干系以表现AIE的奇特性-活性凝胶。还阐明了AIE活性凝胶在差别范畴的应用，以引发更遍及和更紧张的应用偏向。最终，商议了连续的挑衅和将来的远景，以引发对新质料和应用的研究（图 1）。

图1 该综述内容的表示图转化为 AIE 活性凝胶。

凝胶、聚拢诱导放射和聚拢诱导放射活性凝胶

图2 a) 凝胶的分类。b) 聚合物共价或非共价交联的大分子凝胶和 c) 低分子量布局单位聚拢的超分子凝胶的网络表示图。

图3 雅布隆斯基图。

图6 AIE 活性凝胶：水凝胶、有机凝胶、气凝胶、干凝胶和纳米微凝胶。

制备

图7AIE活性凝胶的化学合成。a) GND 水凝胶制备的表示图。b)TPE-[P(DMA-stat-DAA)]2 共聚物的合成门路以及从共聚物和PEODH得到水凝胶的制备步伐。c) DCG-1 凝胶的形成。d)N-AH-TPE 微凝胶的制备表示图。

图9 在聚合物凝胶中掺杂 AIEgen。a) 制备魔方 (RC) 样水凝胶的表示图。b) 用于构建 RC 样水凝胶的水凝胶的化学布局和表示图。c)用于构建 RC 样水凝胶的 AIEgens 的化学布局。d)表现在 365 nm 紫外线照耀动手动操纵 RC 样水凝胶的照片。

图10 在超分子凝胶中掺杂 AIEgens。a)通过封装 AIEgens 的手性超等凝胶制备 CPL 活性纳米管的表示图。b)在紫外光照耀下拍摄的AIEgens 掺杂凝胶的照片。c)相应凝胶的PL光谱（λex=370 nm，但 TPE 为300 nm）。

图12 a)来自低分子量凝胶剂 (LMWG)的AIE活性超分子凝胶通过非共价相互作用的分层自组装历程表示图。b) AIE 活性 LMWG 40的布局剖解示例。

功效性

将功效引入质料是质料科学中的一个紧张课题，它为开辟高科技范畴的新应用提供了时机。在这种情形下，已知 AIE 活性凝胶具有很多由引入 AIE 部门带来的奇特功效。

图19 凝胶诱导（加强）放射。

图20 AIE 活性凝胶的多模态发光特性：a-e) AIE 和 CPL，f-j) AIE 和磷光，k) AIE 和 ECL，以及 l,m) AIE 和 WPL。

图21 AIE 活性凝胶的刺激相应性：a,b) 热相应性，c,d) pH 相应性，e) 光相应性，f) 化学相应性，以及 g,h) 溶剂相应性。

应用

因为所含发色团的发光特性和凝胶自己的有味特性的联合，发光凝胶已被应用于很多范畴。因为 AIE 机制素质上与凝胶的凝集态相容，而且大多数 AIE 征象可以履历“开启”历程，是以 AIE 活性凝胶表现出在种种高科技范畴的应用潜力。在该节中，AIE 活性凝胶的应用分为两个重要部门，即历程监控和其他应用。

图22 a-j) 凝胶化和 k-n) 溶胀历程的可视化。

图23 可视化亲水-疏水变化和微相分散。

图24 自愈历程的可视化。

图25 传感器和情况应用。

图26 AIE 活性水凝胶致动器。a) AIE 活性双层水凝胶致动器的布局表示图。b) 表现在 365 nm 紫外线照耀下拍摄的水凝胶致动器的同时放射改变和庞大形状变形的照片。

图27 4D打印。a-e) 同时荧光-颜色-荧光-亮度-形状相应 4D 打印。a-c) 三臂形双层水凝胶致动器的 3D 打印历程。d) 在日光 (DL) 和 365 nm 紫外线照耀 (UV) 下，条形、三臂形和四臂形双层水凝胶致动器的照片。e) 三臂形致动器的 4D 同时放射改变和庞大的形状变形。

图29 a-d) 在信息存储范畴的应用，e,f) 太阳能蒸汽发电，和 g) 光电子学。

总结

AIE观点的显现，为质料科学范畴注入了活力。因为 AIE 发色团的高放射聚拢态或分子内限定状态的特性与凝胶的凝集态特性固有地相容，是以陈诉和应用的 AIE 活性凝胶的数目敏捷增进。简洁而直接的制造要领，比方将出现聚拢诱导放射（即 AIEgens）的发色团掺杂到凝胶中，或直接凝胶化 AIE 活性 LMWG，推动了该范畴的快速进展。因为凝胶基质中同时存在致密相和自由空间，是以可以利用 AIEgens 的分子内活动，从而导致开辟种种刺激相应 AIE 活性凝胶。别的，很多 AIE 活性凝胶奇特的凝胶诱导（加强）放射特性许可监测种种凝胶相干历程，这有助于相识凝胶在种种历程中的布局演化。联合凝胶质料的轻松操纵，AIEgens 在其分子内活动的聚拢或限定下的奇特“开启”模式也使 AIE 活性凝胶有望用于感官应用。别的，使用水凝胶的生物相容性，AIE 活性水凝胶已应用于生物医学。别的，已发觉 AIE 活性 LMWG 在超分子凝胶网络中的精密分列会诱导 AICPL、AIECL 和荧光到磷光的转换，从而孕育发生具有多模态发光特性的凝胶；这些凝胶在光电子学中具有潜伏的应用。

只管 AIE 活性凝胶作为新兴质料平台具有上风和优胜性，但仍有待办理的挑衅。比方，一些 AIE 活性凝胶体系的发光机制必要进一步研究和分析。凝胶是一种特别的聚拢状态，差别于悬浮液和固体中的聚拢状态。是以，凝胶中存在的发色团偶然会体现出不平常的发光举动。这对付由 LMWGs 形成的 AIE 活性凝胶很显着，此中存在于 LMWGs 中的一些发色团不体现出 AIE 特性，但由相应的 LMWGs 形成的凝胶体现出凝胶诱导（加强）放射征象。这些观看的潜伏机制仍不清晰，是以必要体系的观察来分析此类 AIE 和发光体系所涉及的机制。对付其他范例的 AIE 活性凝胶，应进一步查抄 AIE 部门与凝胶之间的网络干系，以许可公道和按需设计先辈质料。

在质料性能方面，固然AIE活性凝胶具有优秀的发光性能，但其力学性能另有待深入研究。固然壮大的机器强度对付质料的现实应用是必不行少的，但大多数 AIE 活性凝胶，格外是源自 LMWG 的超分子凝胶，体现出较差的机器性能。是以必要开辟具有优秀发光性能和高机器强度的AIE活性凝胶。是以，引入双网络凝胶、双理化交联凝胶、纳米复合凝胶、高分子微球复合凝胶、类四面体大单体凝胶和滑环凝胶等高强度凝胶体系大概会有用。

只管 AIE 活性水凝胶在生物医学中具有宽阔的应用远景，但很少有效于 AIE 活性凝胶和 AIE 活性超分子凝胶的水凝胶。在治疗诊断中必要多功效 DDS。将具有光动力或光热特性的 AIEgens 引入基于水凝胶的 DDS 大概有益于治疗诊断范畴。在构造工程范畴，超分子水凝胶是细胞造就的有前程的平台，由于它们具有遍及的可调特性和精良的降解性，可以模仿细胞外细胞基质。别的，将荧光特性引入水凝胶大概会引起细胞造就干系范畴的兴趣，是以开辟用于该范畴的生物相容性 AIE 活性超分子水凝胶是一个连续存眷的特定范畴。然而，尚未对此类体系在生物医学应用中的兼容性举行体系评估，这是临床应用的须要先决条件。简直，这个题目存在于整个AIE范畴，面对诸多停滞，必要科学家、工程师、大夫和金融家的不懈高兴才气办理。

作为一个发达进展的范畴，AIE 活性凝胶的开端和探究性应用已经得到查验，而且具有紧张意义。

参考文献：

doi.org/10.1002/adma.202100021

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