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 凝膠作為一個富含分散介質(zhì)的三維網(wǎng)絡(luò)在自然界中廣泛存在，變形能力強(qiáng)、潤滑性好、恢復(fù)性好、具有多種刺激響應(yīng)等特性使其對生命支持具有重要意義。近年，人造凝膠在眾多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，但其在發(fā)光相關(guān)領(lǐng)域等高科技領(lǐng)域的應(yīng)用卻是有限的。這是由于人造熒光凝膠中存在許多聚集引起猝滅的發(fā)色團(tuán)（ACQphore）。

由唐本忠院士等人提出有聚集誘導(dǎo)發(fā)光（AIE）效應(yīng)的發(fā)色團(tuán)（AIEgen）在單分散狀態(tài)下不發(fā)光，但在聚集或分子內(nèi)運動限制狀態(tài)下強(qiáng)烈發(fā)光。其這一特征與凝膠的半固態(tài)或凝聚態(tài)特性完美兼容。此外，凝膠網(wǎng)絡(luò)中的分散介質(zhì)（水、有機(jī)溶劑或氣體）為 AIEgen提供運動空間來調(diào)節(jié)其發(fā)光特性。因此，AIE活性凝膠具有獨特的功能并在諸多高技術(shù)領(lǐng)域有潛在應(yīng)用價值。

近期，香港科技大學(xué)唐本忠院士（現(xiàn)任香港中文大學(xué)（深圳）理工學(xué)院院長）團(tuán)隊與北京理工大學(xué)黎朝特別副研究員合作，對AIE活性凝膠進(jìn)行了全面概述及展望(Li, Z., Ji, X., Xie, H., Tang, B. Z., Aggregation-Induced Emission-Active Gels: Fabrications, Functions, and Applications. Adv. Mater. 2021, 2100021. https://doi.org/10.1002/adma.202100021)。

圖1. AIE活性凝膠綜述概要圖。

凝膠可以根據(jù)不同的因素進(jìn)行分類，如分散介質(zhì)、分散相的組成、尺寸以及交聯(lián)鍵的不同。此外，其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)也與性能密切相關(guān)。凝膠中存在兩種主要形式的網(wǎng)絡(luò)：柔性高分子化合物通過共價鍵或非共價鍵交聯(lián)形成大分子凝膠，以及小分子凝膠劑（LMWG）通過非共價相互作用分層組裝和聚集（氫鍵、π-π 堆積、疏溶劑效應(yīng)、范德華力、偶極-偶極相互作用、電荷轉(zhuǎn)移相互作用和配位相互作用）形成納米微纖維交織的類固體網(wǎng)絡(luò)（圖2）。

圖2. (a). 凝膠的分類。聚合物共價或非共價交聯(lián)的大分子凝膠(b)和低分子量結(jié)構(gòu)單元聚集的超分子凝膠(c)的網(wǎng)絡(luò)示意圖。

單個分子作為發(fā)光的基本單位，其分子集合體或聚集體的發(fā)光行為通常與孤立分子的發(fā)光行為不一致。ACQphore通常具有大平面共軛剛性結(jié)構(gòu)，使得單分散狀態(tài)下激發(fā)態(tài)的輻射衰減具有優(yōu)勢，發(fā)出強(qiáng)熒光，但在發(fā)色團(tuán)處于聚集狀態(tài)時，強(qiáng)烈的分子間相互作用會使激發(fā)態(tài)分子松弛到錐形交叉點（CI），使熒光猝滅；而典型的 AIE分子,由于具有諸多分子內(nèi)運動結(jié)構(gòu)和機(jī)制，在單分散狀態(tài)下激發(fā)態(tài)易松弛到CI點而不發(fā)光，在聚集態(tài)下分子內(nèi)運動受限，使得能量傾向通過輻射釋放（圖3）。

圖3. AIE 和 ACQ 系統(tǒng)在分子態(tài)和聚集態(tài)的非輻射和輻射路徑的勢能面。

凝膠內(nèi)部環(huán)境部分致密，適合AIEgen分子發(fā)光，其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和溶脹的特性又可以為控制AIEgen的分子運動以調(diào)整其發(fā)光性能提供機(jī)會。因此，凝膠是AIE 開發(fā)智能發(fā)光材料的理想平臺，將二者結(jié)合可謂強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合，可以得到具有獨特性能和功能的新材料，并在高技術(shù)領(lǐng)域有光明的應(yīng)用前景。

本綜述系統(tǒng)地從制備、功能和應(yīng)用三方面總結(jié)了AIE活性凝膠的研究進(jìn)展。

1. AIE活性凝膠的制備

AIE活性凝膠的制備（AIEgen在凝膠中的引入方式）可分為化學(xué)合成、物理摻雜和超分子組裝。

對于化學(xué)合成，凝膠網(wǎng)絡(luò)通過共價化學(xué)鍵形成，其中AIEgen可以作為鏈掛件、主鏈組件、交聯(lián)劑和接頭通過共價鍵引入水凝膠網(wǎng)絡(luò)中。

物理摻雜是指在AIEgen溶液中加入不良溶劑，形成含有AIEgen聚集物的發(fā)光懸浮液。當(dāng)膠凝劑溶解在懸浮液中時，所獲得的預(yù)成膠懸浮液可以進(jìn)行原位凝膠化或交聯(lián)，形成包裹AIEgen聚集體并表現(xiàn)出強(qiáng)烈發(fā)光的凝膠（圖4）。

圖4. 物理摻雜過程。

采用超分子組裝策略制備的凝膠通過AIE活性 LMWG 的分級組裝或通過非共價相互作用的交聯(lián)形成網(wǎng)絡(luò)（圖5）。由非共價相互作用形成的可逆物理鍵可以賦予凝膠許多有價值的特性。

圖5. (a). AIE活性LMWG通過分級組裝得到AIE活性超分子凝膠過程示意圖。(b). 典型AIE活性LMWG結(jié)構(gòu)分析圖。

2. AIE活性凝膠的功能

AIE活性凝膠可由引入的AIE部分帶來獨特的功能。其中凝膠誘導(dǎo)發(fā)光/凝膠誘導(dǎo)發(fā)光增強(qiáng)是最具特色的功能；特殊AIEgen的引入可賦予凝膠多模態(tài)發(fā)光，諸如AIE與圓偏振發(fā)光、AIE與磷光、AIE與電化學(xué)發(fā)光、AIE與白光熒光等；一些刺激響應(yīng)AIEgen的引入還可賦予凝膠刺激響應(yīng)性，如溫敏性、pH響應(yīng)性、光響應(yīng)性、化學(xué)物質(zhì)（生化分子）響應(yīng)性和溶劑響應(yīng)性等。

3. AIE活性凝膠的應(yīng)用

AIE 活性凝膠顯示出在多個高科技領(lǐng)域的應(yīng)用潛力，本文對AIE 活性凝膠的應(yīng)用分為兩個主要主部分：過程監(jiān)控和多領(lǐng)域應(yīng)用。

由于其獨特的“開啟”行為，AIE 效應(yīng)和概念已被廣泛用于監(jiān)控各種過程，凝膠的各種過程也可被AIE進(jìn)行監(jiān)測，如凝膠過程、溶脹過程、親-疏水轉(zhuǎn)變、微相分離和自愈合過程等。

由于具有獨特的功能，AIE活性凝膠在諸多高技術(shù)領(lǐng)域有著應(yīng)用探索，如可作為傳感器進(jìn)行金屬離子及其它化合物的檢測，作為促動器應(yīng)用于4D打印領(lǐng)域，作為藥物傳遞載體和成像材料應(yīng)用于藥物傳遞、釋放監(jiān)控和診療一體化，作為三維支架用于細(xì)胞培養(yǎng)，作為熒光材料應(yīng)用于信息加密、存儲、防偽，并嘗試于可穿戴設(shè)備領(lǐng)域，作為能量轉(zhuǎn)換材料應(yīng)用于海水淡化領(lǐng)域，作為顯示材料應(yīng)用于光電材料領(lǐng)域。

本綜述對AIE活性凝膠進(jìn)行全面、系統(tǒng)和深入的概述以及前瞻性的分析，對AIE及化學(xué)和材料科學(xué)的研究有重要參考價值。