荧光水凝胶（FPHs）材料在发光传感、检测以及音尘加密等方面具有奇怪的优势并赢得缓慢地振作。比年来，商量人员创设了不含古板大π共轭罗网的发光体例，基于簇集导游发光效应（CTE）的一类新兴的很是规的发光材料引起了大凡的眷注。然则，在CTE界线也存在着瓶颈，关键的挑衅在于其发光根源处于蓝光地域或波长约为400-500 nm之间，而在本色应用中更希望发射荧光推行到红光乃至近红外（NIR）区域，这在本色操纵中更有代价，如在生物成像规模，其具有深层的结构穿透才干、低配景干涉和低光伤害等优点。
针对以上寻事，华夏科学院兰州化学物理群情所王晓龙群情员团队受虾青素-蛋白质加热变色现象的动员，棍骗溶剂调控与相改观氢键浸构相毗邻策略，在热致驱动下超分子聚（N-丙烯酰基氨基脲）（PNASC）水凝胶内聚积物侧链构象转换并发生强氢键团簇陷阱，告竣了具有热致红色荧光个性的超分子水凝胶（图1）。完了注解，在热致驱动下氢键超分子PNASC水凝胶内蚁关物侧链构象改革并出现强氢键供体和受体（D-A）团簇圈套，在没有水氢键的过问下鼓动了电子离域并形成更强的彼此作用。另外，小局限未爆发有效氢键供体和受体（D-A）组织的杂原子（O和N）大抵到场包罗n-n、n-π等TSI，同时对CTE具有强化的效用。更要紧的是，这项工对立于非守旧荧光水凝胶的安置增添了新的陈设策略，揭破了水分子在CTE的荧光水凝胶的中的成果机制并供应了更多的开拓，该特殊规荧光超分子水凝胶还能够履历数字光经管（DLP）进行高精度的罗网化构建，在荧光成像与检测、金属离子辨认以及软体驱动器等周围展现出巨大的行使前景。
群情觉察，当加热温度低于85℃，随着温度的填充水凝胶在自然光下没有较着的颜色变化，而在365 nm光激勉下的蓝色荧光亮度逐渐加添，但荧光神情没有爆发更改；当加热温度高于85 ℃之后，自然光下水凝胶渐渐变成淡赤色，在365 nm光源鼓励下的荧光脸色由蓝色改良为红色，并随着温度填充至100 ℃，水凝胶的荧光强度渐渐提高。加热经过使聚集物链间基团在强氢键功用下产生氢键供-受（D-A）团簇结构，构象刚化后增添了电子离域程度，其发作荧光特性基于簇集导游发光效应（图2）。
如图3所示，阅历变动光固化墨水中二甲亚砜（DMSO）的含量可以有效地调控荟萃物的构象转折，当DMSO含量简略在70wt%时，水凝胶中齐集物网络链间氢键的功效款式占主导。测验完了解释，水凝胶的荧光性子和荟萃物构象之间有很高的合联性，其荧光强度和鸠集物链间氢键密度具有划一性，具有最高链间氢键密度的PNASCDMSO-70%水凝胶在~365 nm和~550 nm处有最彰着的采纳峰。
始末分子前哨杂化轨途和能带理论进一步阐明荧光水凝胶的发光机理（图4）。出格地，对待加热后的PNASCred水凝胶来叙，在-NH基团和-C=O基团强氢键效率下，推电子基团提升了π2（HOMO）和π1（LUMO）的轨路能级，而HOMO能级普及的更多，并遵守DFT谋划停止得出，PNASCred的HOMO/LUMO带隙（ΔE）比PNASCblue更小（ΔE1=7.10 eV，ΔE2=6.43 eV，ΔE1ΔE2），这也是PNASCred齐备血色荧光脾气的必要条款。
其次，该荧光水凝胶体例齐全精巧的光齐集结构化成立的才智，可以履历DLP 3D打印出一系列具有高精度复杂圈套的水凝胶荧光构件。该荧光水凝胶还具有精巧的耐溶剂性，溶剂未对辘集团簇陷阱变成浸染，这归功于集中物链间-C=O基团和-N-H基团发作的强氢键彼此成果，使其支撑较好的陷坑安宁性。由于PNASC中具有多量的孤对电子对基团（O=C-NH-），其与占据空p轨路的金属离子有很强的配位效力，具有较好的Cu2+浓度辨认收获（图5）。
如图6所示，该荧光水凝胶在软体驱动器方面显现出精湛的运用潜力，调节并创制了一种仿生荧光水凝胶水母刻板人，在电机驱动下该荧光水母呆板人能够在水下举行游动，并阐明出优良的呆板机能。其次，还布置了另一种可速快鉴别重金属离子的水下呆板人，并概想性验证了其快快检测水中有害金属离子的智力。
相合议论恶果以“Multiple hydrogen-bonding induced nonconventional red fluorescence emission in hydrogels”为题，宣布在国际学术期刊《Nature Communications》上。中科院兰州化学物理路论王晓龙讨论员和蒋盼博士（现于法国 Institut Jacques Monod 从事博士后群情事务）为本文通讯作者，石河子大学/中科院兰州化学物理商议所撮合提携博士生吴家宇为本文第一作者。该事变赢得国家重心研发筹划、国家自然科学基金、华夏科学院泉源与交织前沿科研滥觞专项（B类）以及中科院“西部之光”人才选拔计算要点项目等的接济。
王晓龙，中国科学院兰州化学物理斟酌所固体腻滑国家核心尝试室商议员，3D打印摩擦器件组组长，博士生导师。2007年博士结业于兰州大学，2010-2011香港理工大学商酌助手；2012-2013加拿大西安大概大学探访学者。山东省“泰山学者”特聘行家，石河子大学“绿洲学者”，“十四五”国家重点研发筹算“增材成立与激光创设”重心专项首席科学家，中原刻板工程学会增材创造分会委员，甘肃省资料学会理事，《摩擦学学报》等编委；曾获2021年IAAM Scientist Award，甘肃省专利奖一等奖1项（第一），甘肃省医学科技奖一等奖1项（第二），甘肃省科技进步奖二等奖1项（第七）。评论领域搜罗3D打印新材料及成效器件、仿生摩擦与平滑等，发表论文150余篇，H因子45，获授权中原创设专利20余件、美国专利2件。
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