综述：非传统发光凝胶软材料的研究进展

　　本综述系统探讨了非传统发光凝胶软材料（如氢键、π-π堆积驱动的TSCT和簇发光机制）在光电、传感及生物医学领域的突破。文章重点分析了单组分/复合凝胶（水/有机/离子凝胶）的设计策略，强调其动态响应性、生物相容性和机械可调性，并指出当前产业化面临的稳定性与均匀性挑战。

　　

A rising star in organic luminescent materials

传统有机发光材料依赖π共轭体系实现通过键电荷转移（TBCT），而非传统发光材料通过空间电荷转移（TSCT）和簇发光等非共价作用（如氢键、π-π堆积）实现发光。这类材料具有结构柔性、生物相容性和刺激响应特性，在光电设备、化学传感和生物医学工程中展现潜力。然而，其实际应用受限于溶液加工性差和机械强度不足。近期研究通过将非传统发色团与凝胶基质结合，有效解决了这些技术瓶颈。

Gels based on a through-space conjugated luminescence mechanism

Single-component gels

单组分凝胶通过精确调控非共价相互作用实现均匀发光网络。例如，Xiao团队基于2,6-二(苯乙烯基)-4H-吡喃设计的有机凝胶在氯仿中形成橙色荧光凝胶，并对苯胺表现出选择性响应，荧光由橙黄移变为黄色，可作为比率型苯胺传感器。Wang团队通过热刺激诱导氢键重构，制备了聚(N-丙烯酰基半碳酰肼)（PNASC）水凝胶，其荧光在100°C时从蓝光转变为稳定的红光，应用于仿生水母软机器人驱动。

James团队利用木质素制备的水凝胶（W-hydrogel）表现出绿色室温磷光（RTP）和高拉伸强度，其机械性能与RTP可通过乙醇-水处理动态调控，作为能量供体可通过F?rster共振能量转移（FRET）激活罗丹明B发出红色余辉，具备低毒性和生物相容性优势。

Composite gels

复合凝胶通过多组分协同整合多种功能。Ulrich团队通过酰腙和二硫键的动态共价化学构建了荧光有机凝胶，其降解过程伴随光谱信号变化，适用于生物传感。Wang团队开发的聚乙烯醇（PVA）/聚马来酸钠（PMANa）/钙离子复合水凝胶（PVA/PMACa-DS）通过拉伸-干燥-溶胀处理，实现了水中稳定的RTP和高机械强度（拉伸应力达4.2 MPa，断裂应变300%）。其脱水干凝胶在465 nm处呈现蓝色磷光，但再水化时可能因结构不均一性影响发光重现性。

Zhang团队通过原位过饱和结晶策略，在水凝胶基质内形成余辉微晶（磷光寿命695 ms），同时实现高拉伸应力（>398 kPa）、延展性（>400%）和含水率（65.21%），解决了柔性-刚性矛盾，并展示了3D打印潜力。

Application-oriented design of luminescent gels

Hydrogels

Li团队将聚乙烯醇（PVA）和羧甲基壳聚糖（CMCS）通过氢键形成PCHS水凝胶，嵌入四苯基乙烯衍生物和螺吡喃（SP）荧光填料，结合形状记忆聚氨酯（SMPU）实现多级信息加密与销毁。Chi团队开发的CdTe量子点@PVA@琼脂糖双网络水凝胶可贴合作物表面，无损检测农药残留（检测限0.27 μM），并实时监测农药降解动态。

Cheng团队通过酶催化合成了簇诱导发光水凝胶，金纳米簇增强的聚(N,N-二甲基丙烯酰胺)（PDMAA）水凝胶呈现激发波长依赖的多色荧光（发射350-700 nm），均相免疫检测中乙肝表面抗原（HBsAg）检测灵敏度达3.39 ng ml^-1，为均相免疫分析提供了新平台。

Organogels

非共轭聚氨酯（PUE）在不同状态下呈现聚集依赖性发光，凝胶态光致发光最强，可用于加密防伪。其自交联凝胶（PUHG）通过一锅法合成，具有良好粘附性和可加工性，可实现荧光图案化。Bhattacharya团队基于L/D-苯丙氨酸的手性有机凝胶具备热可逆性和触变性，芘基元产生聚集诱导手性及圆偏振发光，二维片层结构压电响应显著，且可通过与2,4,7-三硝基芴酮形成电荷转移复合物调控，在自供电系统中具应用潜力。

Wang团队开发的P5-CHO有机凝胶在凝胶化过程中荧光增强，可通过热-冷循环、化学添加或质子诱导的凝胶-溶胶转变可逆调控荧光。与氧化石墨烯杂化后，通过π-π堆积和氢键作用，在机械、温度或蒸汽刺激下可反复调节颜色与发光，其荧光变色源于晶态-非晶态转变，在传感与存储器件中具潜力。

lonogels

离子凝胶凭借离子液体的宽温稳定性、高离子电导率和抗蒸发/冻结特性，在柔性电子、能量存储和极端环境传感中受关注。Wang团队开发的离子液体水凝胶兼具共价交联聚合物网络和动态共价交联天然多糖网络，呈现黄绿色荧光，弹性优异，可多次机械变形并快速恢复，电阻变化稳定可重复，灵敏监测人体运动。

Song团队利用2-羟丙基丙烯酸酯（HPA）与1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐（BMIMBF₄）离子液体制备的双组分离子凝胶，兼具高拉伸性、韧性和低滞后性，在365 nm、450 nm、530 nm激发下呈现多色光致发光（蓝、绿、红），源于空间相互作用和受限纳米域电子云重叠，应用于防伪展示。

Peng团队通过一步光引发聚合法制备的聚乙烯吡咯烷酮基离子凝胶，具备高透明度、强度、离子电导率、自修复和可回收性。Lü团队以咪唑类离子液体为荧光团和溶剂，通过丙烯酸和六氟丁基丙烯酸酯共聚交联形成3D网络，限制咪唑阳离子，产生激发波长依赖的多色发射（400-575 nm），并在极端温度和机械变形下保持稳定，在动态伪装、加密和防伪中提供新思路。

Concluding remarks and future perspectives

非传统发光凝胶通过凝胶化过程与发光机制的相互作用，实现了物理性能与光学功能的深度协同，既保留了凝胶的高含水率、生物相容性和机械可调性，又通过嵌入式发光功能赋予材料动态响应能力。其发光波长可通过分子构象调控或外部刺激（温度、pH、光）系统调节，不同策略可定制具独特光物理和机械性能的凝胶材料，精准适配多样化应用需求。

未来需在发光稳定性、高色纯度、可控生物降解性和工业化规模制备技术等方面取得突破，以推动此类材料从实验室研究向实际应用过渡。动态三维凝胶网络为重新审视非共轭有机分子的分子轨道理论基本假设提供了新平台，包括超越传统键合约束的空间激子离域和溶剂响应的孔重构，有望建立理解无序材料中“软”量子行为的新范式。