聚集诱导发光和凝胶的强强联合——唐本忠院士团队和北理工黎朝《Adv. Mater.》综述：聚集诱导发光活性凝胶的制备、功能和应用

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聚集诱导发光材料（AIEgen）在聚集状态下发出强烈的荧光，但在溶液中分子运动不被限制，故不发光或只有微弱的荧光。作为一种具有紧凑相和自由空间的溶胀类材料，凝胶能够操纵分子内运动。因此，结构独特和应用前景广阔的聚集诱导发光（AIE）活性凝胶引起了人们的极大兴趣。基于此，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）团队和北京理工大学黎朝系统综述了AIE活性凝胶的进展（图1），详细介绍了制备策略，总结了凝胶的功能，以及构-效关系，作者还讨论了凝胶在不同领域的应用，及目前面临的挑战和解决方法，展望了该领域的前景，进而促进新材料的研究和发展。该综述以Aggregation-Induced Emission-Active Gels: Fabrications, Functions, and Applications为题发表在《Advanced Materials》上。北京理工大学黎朝特别副研究员为该综述的第一作者，唐本忠院士和黎朝为该综述的共同通讯作者，该综述在构思和撰写上也得到了华中科技大学吉晓帆教授和香港科技大学谢会琳的帮助。

图1. AIE 活性凝胶的综述思路示意图。

凝胶是被分散介质充满的3D网络。凝胶在自然界中广泛存在，大多数生物组织以水凝胶的形式存在。尽管高水含量、强变形性、优异的润滑性、出色的可恢复性和各种刺激响应特性使凝胶对生命支持具有重要意义，但自然界中凝胶的种类十分有限，只以水凝胶居多。受大自然的启发，人类开发了多种人造凝胶，其范围也从水凝胶进一步扩展到有机凝胶、气凝胶和干凝胶。人造凝胶已被应用于许多领域，如农业、环境保护、生物大分子分离、骨科，个人护理、美容业、建筑业、电子工业和食品工业等。

虽然人造凝胶在这些传统领域得到了广泛的应用，但它们在光学等高科技领域的应用却很有限。因此，荧光凝胶作为一种发光材料，在高科技应用领域发挥着关键作用。发光凝胶型生物在自然界中很常见，如鱿鱼、海仙人掌、海三色堇和水母。人工荧光凝胶也已被开发并展示出广阔的应用前景。将发光特性和凝胶结合起来的新型材料受到越来越多的关注，但其发展仍然相对缓慢。

应用此类荧光凝胶的主要障碍之一是制备该类凝胶时使用的许多发色团具有聚集诱导猝灭（ACQ）效应。表现出ACQ效应的发色团（ACQphore）在单分散状态或低浓度下发出强烈的荧光，当发色团处于聚集状态或高浓度时会猝灭荧光。凝胶是半固体材料，很大一部分是由部分聚集状态的网络组成。这些凝胶内部受限的空间会不可避免地限制ACQphore的发光性能。大多数ACQphore含有延伸的芳香结构，难溶于水，而在水中，它们会强烈聚集，从而引起ACQ效应淬灭荧光。这极大限制了水凝胶这一具有广泛应用的重要凝胶的发展。

幸运的是，唐本忠院士等人提出的聚集诱导发光为这些问题的解决提供了思路。更具体地说，表现出AIE效应的发色团在单分散状态下不发光，但它们在聚集或分子受限状态下会发出强烈荧光。这一特征与凝胶的半固态或凝聚态特性相辅相成。此外，凝胶网络中的分散介质（如水、有机溶剂或气体）也可以为AIEgen提供运动空间以调节其发光特性，这使得制备先进的刺激响应材料成为可能。AIEgen赋予AIE活性凝胶许多独特的功能及应用，例如凝胶诱导发光、过程监控、多模态发光和刺激响应性等。因此，人们对AIE活性凝胶的研究兴趣呈爆炸式增长。种类繁多的AIEgen和合成便利的AIE活性材料使得该领域在制造、功能和应用等各个方面得到快速发展。

基于此，本综述对AIE活性凝胶领域进行了全面、系统和深入的概述。作者首先简要介绍了凝胶和AIE，然后引入了AIE活性凝胶；随后，概述了AIE活性凝胶制备策略（AIEgen的引入方式）；之后，回顾了由结合AIEgen实现的AIE活性凝胶的独特功能，并讨论了结构-功能之间的关系以显示其独特性；作者还阐述了AIE活性凝胶在不同领域的应用，以促进更广泛和更重要的应用的发展；最后，作者讨论了该领域的挑战和未来的前景，以加速对新材料的开发和先进应用的研究。

1. 在AIE活性凝胶的制备部分，作者将制备方法（AIEgen的引入方法）分为了化学共价接入、物理掺和AIE活性小分子凝胶剂（LMWG）超分子组装，结合典型例子进行阐述，并通过表格的形式系统总结了通过三种方法制备的各种AIE活性凝胶的主要参数。

2. 在AIE活性凝胶的功能部分，作者着重介绍了AIEgen赋予凝胶的功能，分别从凝胶诱导发光、多模态发光（AIE与圆偏振发光、磷光、电化学发光、白光等）和刺激响应性（热、pH、UV、化合物（生化分子）、溶剂刺激等）三个方面进行阐述。

3. 在AIE活性凝胶的应用部分，作者首先总结了在凝胶的各种物理/化学过程（凝胶过程、溶胀过程、亲-疏水转变、微相分离、自愈合过程）监测中的应用，之后，从传感器（检测）和促动器、生物医药、以及信息/能源/光电几个领域介绍了凝胶的应用。

论文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/adma.202100021

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