天津大学仰大勇教授课题组：制备新型可逆荧光变色生物功能水凝胶

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具有对外部刺激动态响应的荧光变色材料对于先进传感器和发光材料的开发具有重要意义。有机生色团对外界的刺激依赖于共价键的断裂，而稀土配合物主要依赖于非共价键的动态配位，因此对外界刺激具有动态可逆响应。以水为介质的稀土水凝胶具有高含水量和良好的生物相容性，可作为一种生物功能水凝胶应用于更多生物医学领域。

近期，天津大学化工学院仰大勇教授课题组制备了一种具有可逆荧光变色响应行为的基于稀土-甘露糖的水凝胶。该研究利用甘露糖作为配体，在水溶液中与稀土离子作用，敏化稀土离子发光；在体系中引入明胶网络，成功制备稀土水凝胶。并对水凝胶的微观形貌、光学性能和机械性能进行了系统的研究。有趣的是，得到的稀土水凝胶对外界金属离子的响应具有可逆的荧光变色行为。由于该水凝胶具有良好的生物相容性，将其作为细胞三维培养基质，在细胞的观测过程实现基质水凝胶荧光信号可控“开”和“关”，为多色荧光染色的细胞三维培养提供有效的观测策略。这一新材料将在生物医学领域具有广阔应用潜力。

图1. 基于稀土-甘露糖配合物水凝胶制备示意图。(a) 稀土与甘露糖形成配合物；(b) 在配合物中引入明胶网络形成水凝胶，水凝胶具有可逆的荧光变色特性；(c) 水凝胶用于细胞三维培养。

图2. 基于稀土-甘露糖配合物的水凝胶对金属离子刺激的可逆荧光变色行为。(a) 可逆荧光变色示意图；(b) 水凝胶在紫外灯 (312 nm) 照射下对Fe2+/EDTA的荧光变色行为；(c) 和 (d) 水凝胶的荧光强度随Fe2+浓度增大而降低；(e) 和 (f) 水凝胶、Fe2+处理的水凝胶及用EDTA处理之后恢复的水凝胶的荧光光谱；(g) 和 (h) 水凝胶的荧光猝灭以及恢复的三次循环。

相关研究论文发表在Advanced Science (Adv. Sci. 2019, 1802112) 上，并已申请中国发明专利 (CN201811026730.3)。天津大学化工学院硕士研究生孟珂和姚池博士为论文的共同第一作者，合作者包括天津大学材料学院刘文广教授和南开大学材料学院杜亚平教授。本研究得到国家自然科学基金和中国博士后科学基金项目的资助支持。

原文链接：

https://doi.org/10.1002/advs.201802112

Ke Meng#, Chi Yao#, Qianmin Ma, Zhaohui Xue, Yaping Du, Wenguang Liu, Dayong Yang*. A Reversibly Responsive Fluorochromic Hydrogel Based on Lanthanide–Mannose Complex. Advanced Science, 2019, 1802112.

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