唐本忠院士港科大和浙大团队《Adv. Mater.》综述：刺激响应型聚集诱导发光材料

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近年来，聚集诱导发光材料（AIEgens）在基础理论研究和功能化应用等领域上取得了众多突破性的进展。其中，刺激响应型AIEgens取得了尤为令人瞩目的成果，在物理化学、材料科学、生物学和医学等诸多领域展现出了巨大的应用潜力。基于此，唐本忠院士香港科技大学和浙江大学团队，从不同刺激响应类型，如力、光、极性、温度、电、离子和pH，系统总结了刺激响应型AIEgens在设计原理和应用上的最新研究成果（图1），为设计和构筑新一代刺激响应材料提供指导方针。该综述发表在Adv. Mater.2021, 2008071上，香港科技大学唐本忠院士（现为香港中文大学（深圳）理工学院院长）和浙江大学张浩可副研究员为该综述的共同通讯作者，香港科技大学的张静博士（现为南方医科大学南方医院教授）和何本钊博士（现为北京师范大学副研究员）为该综述的共同第一作者。该综述在撰写上也得到了香港科技大学林荣业教授、胡余冰博士和Parvej Alam博士的帮助。

图1. 具有不同刺激响应性的聚集诱导发光材料示意图。

自然界的生物会表现出各种各样的响应行为。当面对外界光、温度、力、电等多种环境刺激时，它们能够改变自身的外观（如颜色）或行为从而对周围环境产生响应。例如，当环境发生变化时，变色龙可以在瞬间调整颜色以适应周围的环境；含羞草在受到轻微的环境振动或刺激时会立即关闭叶子。这样的例子在自然界中广泛存在，也正是不同刺激响应的协同作用构成了我们生机勃勃的大自然。受这些优雅而复杂的刺激响应行为的启发，科学家们通过仿生学创造出了种类繁多的刺激响应智能材料。智能材料也在从材料科学到生物技术再到药物治疗等一系列现实应用中表现出巨大的潜力。

然而，在这一系列仿生学研究中，分子聚集体功能的精确控制是其中的巨大挑战之一，因为智能材料的最终应用在极大程度上取决于分子聚集体的响应性能。对于单个分子，通过合理的分子化学结构调控，很容易实现各种类型的响应行为。但是，对于分子聚集体，除了控制单分子化学结构之外，还必须考虑高级结构的影响因素，例如分子间相互作用、分子堆积，甚至是宏观形貌。由此可见，聚集体结构和性能的调控是开发智能材料的重中之重。

分子或聚集体对某一特定外部刺激的反应，本质上是通过分子运动来实现的，并会产生一定的信号对刺激进行反馈。在所有响应信号中，光信号具有灵敏度高、响应速度快、空间分辨率高、实时可视化等独特优势，是检测分子运动的理想工具之一，所以近年来新型发光智能材料的开发引起了相关领域学者的广泛兴趣。相较于传统的聚集导致荧光猝灭分子，聚集诱导发光效应在聚集体的研究中更具有优势，而AIEgens能够将聚集体的性质完美呈现出来。

基于此，在这篇综述文章中，作者根据外部刺激的类型，包括力、光、极性、温度、电、离子和pH，对刺激响应型AIEgen进行了系统地总结。由于篇幅限制，作者选取了一些有代表性的例子来进行具体阐述。

1. 在研究较多的具有机械力响应的AIE材料部分，作者重点总结了两类重要的智能AIE材料，包括需要借助外界激发光源的“力致变色”AIEgens和不需要外界激发光源的“力致发光”AIEgens；

2. 在光响应的AIE材料部分，作者就发展光响应材料的三种经典途径，即“光二聚”、“光环化”和“光异构化”进行了系统总结；

3. 在极性响应的AIE材料部分，作者就极性影响下经典的TICT/AIE及TICT/SOPE拮抗过程的相关机理进行了进一步阐释，并就极性响应的AIEgens在生物可视化方面的应用进行了重点总结；

4. 在温度响应的AIE材料部分，作者就基于温度响应的AIEgens高分子关键性参数测定、溶剂极性可视化、细胞温度环境可视化及溶质-溶剂相互作用和溶质的亲水/疏水转变可视化应用方面进行了系统总结；

5. 在电响应的AIE材料部分，作者就电响应的聚合物及小分子AIE材料进行了系统梳理；

6. 在离子响应的AIE材料部分，作者根据络合机理的不同，即“分子内运动受限（RIM）”、“暗态跨建能量转移（DTBET）”及“Förster共振能量转移（FRET）”针对各类阳离子和阴离子响应的AIEgens的应用进行了概述；

7. 针对pH响应的AIE材料，作者主要就小分子和聚合物体系在生物过程可视化应用进行了重点总结。

最后，作者也探讨了该研究领域目前面临的挑战并对未来的发展前景进行了展望，希望为下一代智能材料的开发和应用提供一定的指导。

论文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202008071

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