圖1. 神經突觸可塑性和水凝膠磷光可塑性的類比

  室溫磷光（RTP）水凝膠作為一種新興的發光軟材料，兼具水凝膠的柔性、生物相容性與磷光的長壽命發光特性，在生物醫學工程、高級防偽和柔性光電器件中展現出廣闊前景。然而其實際應用面臨一個根本性矛盾：穩定長壽命三重態激子需要剛性基質，而實現動態信息編輯則依賴網絡的可塑性。自然界中的神經系統為平衡“動態編輯”與“穩定存儲”提供了卓越范例。

  受神經系統中突觸可塑性機制的啟發，本文提出一種通過受挫相分離實現“磷光可塑性”的RTP水凝膠設計策略。該材料為丙烯腈和丙烯酰胺的共聚物水凝膠，在熱刺激下，水分子進入凝膠體系；通過淬火處理引起凝膠內部的受挫相分離，相分離微區提供的微環境提高氰基團簇的磷光發射能力，從而實現信息寫入；隨著鏈段運動，水分子排出凝膠恢復均相結構，完成信息擦除。該策略模擬了神經系統的記憶與遺忘過程，為發展動態可編輯的智能光信息材料提供了新途徑。

圖2. 磷光可塑性水凝膠A₃₀N₇₀的制備方法、光物理性質和溫度響應性。

  作者研究了A₃₀N₇₀水凝膠在熱刺激下的結構轉變與磷光性能的關聯機制，驗證了熱誘導相分離對磷光的激活作用。結果顯示相分離后的水凝膠的發射峰隨激發波長紅移，呈現簇聚發光特征；并通過對比均聚物樣品明確了其磷光源于氰基團簇的聚集。還發現該水凝膠的磷光行為具有可逆的溫度響應性：升溫會削弱網絡氫鍵，導致水分子滲入并猝滅磷光。變溫紅外光譜從分子層面證實，升溫過程中氰基伸縮振動峰藍移，同時游離的氨基伸縮振動峰上升，氫鍵締合的氨基伸縮振動峰下降，表現出氫鍵與偶極作用解離。

圖3. 磷光可塑性水凝膠A₃₀N₇₀在磷光信息寫入和擦除過程中的多尺度結構表征。

  作者通過對比熱處理不同時間的水凝膠的發光行為以及光譜分析，驗證了熱刺激通過調控水分子進出網絡、促進氰基團簇聚集，從而可逆激活磷光的微觀機理。隨寫入時間延長（0至10分鐘），磷光強度與壽命同步增長，壽命可達253毫秒；反之，延長擦除時間則導致性能衰減。模擬了“訓練時長決定記憶強度”的神經行為。低場核磁表明，寫入時更多水分子進入網絡（橫向弛豫時間T₂增加），擦除時水分子被排出（T₂ 減�。�。流變學測試顯示，寫入后儲能模量顯著下降，材料由彈性主導轉變為更顯著的粘彈性行為，這源于相分離形成的聚合物富集區與水富集區具有不同的松弛特性。SAXS 結果顯示，寫入后在 q = 0.25 nm^-1 處出現散射峰，且強度隨寫入時間增強，表明相分離程度加深。FTIR 光譜則從分子角度證明入過程中氰基伸縮振動峰發生藍移，表明氰基團簇因聚集，偶極相互作用增強；擦除過程則峰位紅移，結構恢復。

圖4. 磷光可塑性水凝膠A₃₀N₇₀的信息可編輯性和存儲穩定性。

  該材料在信息動態編輯、穩定存儲與多色顯示方面展現了優異性能。隨著熱寫入時間從0延長至10分鐘，本征綠色余輝可逐步延長至最長5.0秒；而在冷水中擦除至20小時，余輝則逐漸縮短直至完全消失，實現了發光時長的精確編程。A₃₀N₇₀水凝膠在海水、鹽溶液及酸堿液等復雜環境中儲存30天后，磷光強度仍保持穩定，展現出優異的環境耐受性。通過階梯式調控寫入或擦除時間，可獲得具有清晰灰度梯度的磷光圖案，實現信息的精細編碼。循環測試表明，經過8次以上寫入-擦除循環，材料初始強度保持率高達99%，擦除后殘留信號可忽略，體現了卓越的可逆性與耐久性。此外，通過封裝染料，本征綠色磷光可成功轉化為紅色與黃色，且多色圖案同樣支持完全擦除與重寫，為其在動態顯示與多級信息加密領域的實際應用奠定了基礎。

圖5. 磷光可塑性水凝膠A₃₀N₇₀用于信息動態顯示。

  該材料在時序加密和動態顯示中展現了獨特優勢。（1）形狀可塑性和磷光可塑性的耦合。利用材料在38°C的玻璃化轉變，高溫下可以將不發光水凝膠塑形為紙飛機或心形，冷水固定后同時激活磷光發射。（2）基于磷光壽命的動態顯示：紫外激發后，短壽命偽裝信息（如"8888"或假地圖）先行衰減，長壽命真實信息（如"3209"或真實地圖）延遲數秒后方可顯現，實現了時序依賴的解密效果。（3）基于存儲壽命的動態顯示。通過不同熱處理時間寫入不同圖案（如先寫"山、月、星"后寫"太陽、云"），擦除時新寫入圖案先消失，底層圖案逐層顯現，構成"當時明月在，曾照彩云歸"的場景；同理，花朵圖案可在擦除過程中呈現“無可奈何花落去”的視覺效果。

  寧波大學趙傳壯教授課題組致力于基于高分子物理化學原理的智能材料的設計和開發。近年來圍繞發光能力調控與動態結構轉變，發展了一系列氫鍵聚集誘導溫敏性發光聚合物以及相分離調控的動態室溫磷光聚合物（Macromolecules 2022，55，8599；Macromolecules 2023，56，4278；Macromolecules 2026 DOI: 10.1021/acs.macromol.5c03276，56，4278；Sci. China Chem. 2021, 64, 1770；Sci. China Chem. 2025, 68, 5949；Adv. Mater. 2024, 36, 202401659；Adv. Opt. Mater. 2024, 12, 202303330；Adv. Opt. Mater. 2025, 13, 2402627；Adv. Funct. Mater. 2025, 35, e09239）。當前工作將神經突觸可塑性概念引入發光材料設計，成功設計出模擬記憶與遺忘的神經行為的發光水凝膠，為未來開發具有學習功能的光信息材料奠定了基礎。

  原文信息：

  Phosphorescence-Plastic Hydrogel Driven by Frustrated Phase Separation

  Macromolecules

  https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.macromol.5c03276