图1. 神经突触可塑性和水凝胶磷光可塑性的类比

  室温磷光（RTP）水凝胶作为一种新兴的发光软材料，兼具水凝胶的柔性、生物相容性与磷光的长寿命发光特性，在生物医学工程、高级防伪和柔性光电器件中展现出广阔前景。然而其实际应用面临一个根本性矛盾：稳定长寿命三重态激子需要刚性基质，而实现动态信息编辑则依赖网络的可塑性。自然界中的神经系统为平衡“动态编辑”与“稳定存储”提供了卓越范例。

  受神经系统中突触可塑性机制的启发，本文提出一种通过受挫相分离实现“磷光可塑性”的RTP水凝胶设计策略。该材料为丙烯腈和丙烯酰胺的共聚物水凝胶，在热刺激下，水分子进入凝胶体系；通过淬火处理引起凝胶内部的受挫相分离，相分离微区提供的微环境提高氰基团簇的磷光发射能力，从而实现信息写入；随着链段运动，水分子排出凝胶恢复均相结构，完成信息擦除。该策略模拟了神经系统的记忆与遗忘过程，为发展动态可编辑的智能光信息材料提供了新途径。

图2. 磷光可塑性水凝胶A₃₀N₇₀的制备方法、光物理性质和温度响应性。

  作者研究了A₃₀N₇₀水凝胶在热刺激下的结构转变与磷光性能的关联机制，验证了热诱导相分离对磷光的激活作用。结果显示相分离后的水凝胶的发射峰随激发波长红移，呈现簇聚发光特征；并通过对比均聚物样品明确了其磷光源于氰基团簇的聚集。还发现该水凝胶的磷光行为具有可逆的温度响应性：升温会削弱网络氢键，导致水分子渗入并猝灭磷光。变温红外光谱从分子层面证实，升温过程中氰基伸缩振动峰蓝移，同时游离的氨基伸缩振动峰上升，氢键缔合的氨基伸缩振动峰下降，表现出氢键与偶极作用解离。

图3. 磷光可塑性水凝胶A₃₀N₇₀在磷光信息写入和擦除过程中的多尺度结构表征。

  作者通过对比热处理不同时间的水凝胶的发光行为以及光谱分析，验证了热刺激通过调控水分子进出网络、促进氰基团簇聚集，从而可逆激活磷光的微观机理。随写入时间延长（0至10分钟），磷光强度与寿命同步增长，寿命可达253毫秒；反之，延长擦除时间则导致性能衰减。模拟了“训练时长决定记忆强度”的神经行为。低场核磁表明，写入时更多水分子进入网络（横向弛豫时间T₂增加），擦除时水分子被排出（T₂ 减小）。流变学测试显示，写入后储能模量显著下降，材料由弹性主导转变为更显著的粘弹性行为，这源于相分离形成的聚合物富集区与水富集区具有不同的松弛特性。SAXS 结果显示，写入后在 q = 0.25 nm^-1 处出现散射峰，且强度随写入时间增强，表明相分离程度加深。FTIR 光谱则从分子角度证明入过程中氰基伸缩振动峰发生蓝移，表明氰基团簇因聚集，偶极相互作用增强；擦除过程则峰位红移，结构恢复。

图4. 磷光可塑性水凝胶A₃₀N₇₀的信息可编辑性和存储稳定性。

  该材料在信息动态编辑、稳定存储与多色显示方面展现了优异性能。随着热写入时间从0延长至10分钟，本征绿色余辉可逐步延长至最长5.0秒；而在冷水中擦除至20小时，余辉则逐渐缩短直至完全消失，实现了发光时长的精确编程。A₃₀N₇₀水凝胶在海水、盐溶液及酸碱液等复杂环境中储存30天后，磷光强度仍保持稳定，展现出优异的环境耐受性。通过阶梯式调控写入或擦除时间，可获得具有清晰灰度梯度的磷光图案，实现信息的精细编码。循环测试表明，经过8次以上写入-擦除循环，材料初始强度保持率高达99%，擦除后残留信号可忽略，体现了卓越的可逆性与耐久性。此外，通过封装染料，本征绿色磷光可成功转化为红色与黄色，且多色图案同样支持完全擦除与重写，为其在动态显示与多级信息加密领域的实际应用奠定了基础。

图5. 磷光可塑性水凝胶A₃₀N₇₀用于信息动态显示。

  该材料在时序加密和动态显示中展现了独特优势。（1）形状可塑性和磷光可塑性的耦合。利用材料在38°C的玻璃化转变，高温下可以将不发光水凝胶塑形为纸飞机或心形，冷水固定后同时激活磷光发射。（2）基于磷光寿命的动态显示：紫外激发后，短寿命伪装信息（如"8888"或假地图）先行衰减，长寿命真实信息（如"3209"或真实地图）延迟数秒后方可显现，实现了时序依赖的解密效果。（3）基于存储寿命的动态显示。通过不同热处理时间写入不同图案（如先写"山、月、星"后写"太阳、云"），擦除时新写入图案先消失，底层图案逐层显现，构成"当时明月在，曾照彩云归"的场景；同理，花朵图案可在擦除过程中呈现“无可奈何花落去”的视觉效果。

  宁波大学赵传壮教授课题组致力于基于高分子物理化学原理的智能材料的设计和开发。近年来围绕发光能力调控与动态结构转变，发展了一系列氢键聚集诱导温敏性发光聚合物以及相分离调控的动态室温磷光聚合物（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）。当前工作将神经突触可塑性概念引入发光材料设计，成功设计出模拟记忆与遗忘的神经行为的发光水凝胶，为未来开发具有学习功能的光信息材料奠定了基础。

  原文信息：

  Phosphorescence-Plastic Hydrogel Driven by Frustrated Phase Separation

  Macromolecules

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