摘要：第一作者：Ruixia Liu通讯作者：Zhijun Chen，Tony D. James，Shujun Li通讯单位：东北林业大学，巴斯大学，河南师范大学DOI: 10.1038/s41467-024-55025-z
第一作者：Ruixia Liu
通讯作者：Zhijun Chen，Tony D. James，Shujun Li
通讯单位：东北林业大学，巴斯大学，河南师范大学
DOI: 10.1038/s41467-024-55025-z
有机室温磷光（RTP）材料具有结构灵活、光学性能可调、制备条件相对温和等优点，在生物成像、有机发光二极管（OLED）、防伪应用和智能传感器等广泛应用中表现出巨大潜力。通常，实现有效的RTP有两种方法。一种方法是促进自旋轨道耦合（SOC）以增强系统间窜越（ISC）。另一种方法是刚性化有机发色团以保护三线态激子并促进辐射迁移。
在这些原则的指导下，已经开发出多种无金属有机RTP材料，包括分子晶体、超分子、聚合物复合材料、COF、HOF和碳点。通常，这些 RTP 材料可以以液体、薄膜、粉末、气凝胶、水凝胶和结构材料的形式存在。
在这些材料中，RTP 水凝胶是准固体材料，其三维网络中含有大量水，这使得水凝胶具有柔韧性，可用于传感器、生物执行器、信息编码和加密。鉴于水凝胶中的水很容易猝灭三线态激子以进行 RTP 发射，通常采用通过主客体、疏水或静电相互作用增强物理相互作用来将发光发色团与水部分隔离并使聚合物网络刚性化，以产生有效的 RTP 水凝胶。因此，在激活和增强 RTP 性能时，凝胶网络的结构不均匀性会增强，从而损害机械性能。因此，大多数 RTP 水凝胶的拉伸强度较弱，小于 1 MPa。此外，一旦水凝胶形成，材料的 RTP 发射和性能就无法进行机械调节。目前，制备具有可调/平衡 RTP 性能且表现出高拉伸强度的 RTP 水凝胶仍然是一个挑战，这将拓宽潜在应用范围。
已发现天然纤维素和木质素是通过与聚合物网络的分子相互作用来增强水凝胶机械性能的有前途的复合材料。此外，这些成分经过适当的处理可以产生可调的 RTP 发射。此外，主要由纤维素和木质素组成的天然木材在用糖处理后也表现出有效的 RTP 发射。显然，能够从天然木材资源中生产 RTP 材料代表着一个重要的可持续发展目标。然而，由于含水量高，这些天然成分的 RTP 在引入水凝胶时会被抑制。
本文亮点
1. 本工作通过在脱木素木材存在下原位聚合丙烯酰胺来开发木质水凝胶 (W-水凝胶)。
2. 由于脱木素木材和聚丙烯酰胺成分之间的分子相互作用，W-水凝胶的拉伸强度为 38.4 MPa，绿色 RTP 发射，寿命为 32.5 ms。
3. 用乙醇处理 W-水凝胶后，拉伸强度和 RTP 寿命增加到 153.8 MPa 和 69.7 ms。
4. 通过交替“乙醇和水”处理，W-水凝胶的机械性能和 RTP 性能可以切换。
图文解析
图1. W-水凝胶的制备。
从天然木材制备室温磷光 W-水凝胶的示意图。
图2. 机械和 RTP 性能。
a W-水凝胶的数字图像。b W-水凝胶（红线）和 PAM 凝胶（黑线）的拉伸应力。c W-水凝胶在 290 nm 激发下的荧光（黑线）和磷光光谱（红线）。（测量条件：室温，延迟时间 = 10 ms）。d W-水凝胶（黑线）和 W-水凝胶-E（红线）的磷光光谱变化。e W-水凝胶、W-水凝胶-E 和 W-水凝胶-E-W 对 RTP 寿命、拉伸强度、杨氏模量、抗冲击性和比穿刺吸收能量的雷达图像。f 加载重物的 W-水凝胶和 W-水凝胶-E 的数字图像。
图3. 机理。
a PAM 凝胶、用水处理的部分脱木素木材 (DW in water)、用丙烯酰胺溶液处理的部分脱木素木材 (DW in AM) 和 W-水凝胶的 RTP 寿命。b 单体丙烯酰胺 (6 个单位) 与多糖相互作用的理论模拟 (上)；聚丙烯酰胺 (6 个单位) 与多糖相互作用的理论模拟 (下)。c 聚丙烯酰胺 (6 个单位) 与木质素相互作用的理论模拟 (上)；单体丙烯酰胺 (6 个单位) 与木质素相互作用的理论模拟 (下)。d W-水凝胶和 W-水凝胶-E 的 2D WAXS。e W-水凝胶 (黑线) 和 W-水凝胶-E (红线) 的一维散射轮廓。f W-水凝胶 (黑线) 和 W-水凝胶-E (红线) 的 FT-IR。
图4. W-水凝胶与RhB之间的TS-FRET。
a W-水凝胶的RTP发射（红线）和RhB的吸光度（黑线）。b RhB@W-水凝胶的荧光（黑线）和RTP光谱（红线）。c 不同RhB浓度下RhB@W-水凝胶的磷光光谱（0.002 mg mL-1（红线），0.005 mg mL-1（蓝线），0.01 mg mL-1（紫线），0.02 mg mL-1（橙线），0.05 mg mL-1（绿线））（激发波长 = 290 nm）。d 不同RhB浓度下RhB@W-水凝胶的能量转移效率。图5. 加工和应用。
a W-水凝胶加工成不同形状后的 RTP 图像。b W-水凝胶和 RhB@W-水凝胶的 3D 形状的余辉图像。c W-水凝胶和 RhB@W-水凝胶制成的线的数字、荧光和余辉图像。d W-水凝胶和 RhB@W-水凝胶线制成的纺织品的数字、荧光和余辉图像。e 用乙醇和水可逆处理的 W-水凝胶线制成的纺织品的 RTP 图像。f 加载重量后处理过的 W-水凝胶线的数字、荧光和余辉图像。g 用 RhB@W-水凝胶线缝合的猪肉组织的数字、荧光和余辉图像。
来源：华算科技