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  具有對外部刺激動態(tài)響應(yīng)的熒光變色材料對于先進(jìn)傳感器和發(fā)光材料的開發(fā)具有重要意義。有機(jī)生色團(tuán)對外界的刺激依賴于共價鍵的斷裂，而稀土配合物主要依賴于非共價鍵的動態(tài)配位，因此對外界刺激具有動態(tài)可逆響應(yīng)。以水為介質(zhì)的稀土水凝膠具有高含水量和良好的生物相容性，可作為一種生物功能水凝膠應(yīng)用于更多生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。

  近期，天津大學(xué)化工學(xué)院仰大勇教授課題組制備了一種具有可逆熒光變色響應(yīng)行為的基于稀土-甘露糖的水凝膠。該研究利用甘露糖作為配體，在水溶液中與稀土離子作用，敏化稀土離子發(fā)光；在體系中引入明膠網(wǎng)絡(luò)，成功制備稀土水凝膠。并對水凝膠的微觀形貌、光學(xué)性能和機(jī)械性能進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。有趣的是，得到的稀土水凝膠對外界金屬離子的響應(yīng)具有可逆的熒光變色行為。由于該水凝膠具有良好的生物相容性，將其作為細(xì)胞三維培養(yǎng)基質(zhì)，在細(xì)胞的觀測過程實(shí)現(xiàn)基質(zhì)水凝膠熒光信號可控“開”和“關(guān)”，為多色熒光染色的細(xì)胞三維培養(yǎng)提供有效的觀測策略。這一新材料將在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域具有廣闊應(yīng)用潛力。

圖1. 基于稀土-甘露糖配合物水凝膠制備示意圖。(a) 稀土與甘露糖形成配合物；(b) 在配合物中引入明膠網(wǎng)絡(luò)形成水凝膠，水凝膠具有可逆的熒光變色特性；(c) 水凝膠用于細(xì)胞三維培養(yǎng)。

圖2. 基于稀土-甘露糖配合物的水凝膠對金屬離子刺激的可逆熒光變色行為。(a) 可逆熒光變色示意圖；(b) 水凝膠在紫外燈 (312 nm) 照射下對Fe2+/EDTA的熒光變色行為；(c) 和 (d) 水凝膠的熒光強(qiáng)度隨Fe2+濃度增大而降低；(e) 和 (f) 水凝膠、Fe2+處理的水凝膠及用EDTA處理之后恢復(fù)的水凝膠的熒光光譜；(g) 和 (h) 水凝膠的熒光猝滅以及恢復(fù)的三次循環(huán)。

  相關(guān)研究論文發(fā)表在Advanced Science (Adv. Sci. 2019, 1802112) 上，并已申請中國發(fā)明專利 (CN201811026730.3)。天津大學(xué)化工學(xué)院碩士研究生孟珂和姚池博士為論文的共同第一作者，合作者包括天津大學(xué)材料學(xué)院劉文廣教授和南開大學(xué)材料學(xué)院杜亞平教授。本研究得到國家自然科學(xué)基金和中國博士后科學(xué)基金項目的資助支持。

  原文鏈接：https://doi.org/10.1002/advs.201802112

  Ke Meng#, Chi Yao#, Qianmin Ma, Zhaohui Xue, Yaping Du, Wenguang Liu, Dayong Yang*. A Reversibly Responsive Fluorochromic Hydrogel Based on Lanthanide–Mannose Complex. Advanced Science, 2019, 1802112.