自然界中广泛存在基于金属-配体配位作用的动态调控过程。例如，血红蛋白中的Fe²⁺配位可实现氧气的可逆结合与释放，贻贝足丝中的儿茶酚-Fe³⁺配位则赋予材料优异的能量耗散、自适应粘附与环境响应能力。这类动态配位键兼具可逆性、可调性与刺激敏感性，为构筑兼具高适应性与复杂功能的智能高分子材料提供了重要启发。近年来，配位交联聚合物网络（Coordination-crosslinked polymer networks, CCPNs）因其能够通过金属-配体动态相互作用实现力学、光学与形状等多层级响应行为，已成为仿生智能软材料领域的重要研究方向。然而，目前对于“配位化学?网络动力学?宏观响应行为”之间的内在关联仍缺乏系统性的理论框架，不同响应行为之间的统一设计规律也尚未建立。

图1 代表性生命体中基于金属-配体配位作用的动态调控过程以及基于配位交联聚合物网络（CCPNs）的响应性功能高分子材料

  中国科学院宁波材料所海洋关键材料全国重点实验室陈涛研究员/路伟研究员团队长期从事动态配位高分子、水凝胶及仿生智能软材料研究。近期，该团队在Chemical Society Reviews进行了系统总结，发表题为“Engineering Coordination Bonds for Bioinspired Responsive Polymers”的综述文章（DOI: 10.1039/d5cs01074h）

  该综述系统总结了动态配位键在响应性高分子材料中的设计原理与功能实现机制，重点围绕“配位键动态性如何跨尺度放大为材料宏观响应”这一核心科学问题展开。文章首先从配位化学基础出发，系统梳理了金属离子种类、配体结构、配位数、硬软酸碱理论（HSAB）、晶体场理论（CFT）及配位动力学等因素对配位键稳定性、交换速率与刺激敏感性的影响，提出了从分子尺度调控网络响应行为的理论框架。进一步地，作者从网络层级分析了配位交联密度、金属-配体比例、空间分布以及多尺度松弛行为对材料力学与响应性能的调控机制，为构筑可编程动态网络提供了设计依据。

图2. 产生CCPNs响应行为的代表性配位键转变路径。

  在材料响应行为方面，综述系统总结了配位键在力学、光学、形变及类生命行为中的多层级功能表达机制。文章指出，配位键兼具可逆性、动态交换能力及刺激敏感性，其在聚合物网络中的解离、重组与配位状态转变能够直接调控链间约束、网络拓扑与能量耗散行为，从而实现从分子尺度到宏观尺度的响应放大。例如，在力学响应方面，配位键的动态解离与重构可诱导凝胶-溶胶转变、超大范围模量切换、自适应刚度调节、应力耗散、自恢复及机械训练增强等行为。在光学与变色响应方面，综述重点讨论了镧系离子配位体系中的“天线效应”、配位诱导电子结构调控以及能量转移机制。通过不同金属离子、配体结构及配位环境的协同设计，材料可实现多色发光、白光发射、力致变色、热致变色、蒸汽响应及可逆荧光开关等复杂光学行为。此外，文章进一步总结了配位键在形变与类生命行为中的独特作用。由于配位键能够在外界刺激下动态调节局部网络结构与应力分布，相关材料可实现可逆形状变换、自驱动弯曲、仿生抓取、振荡运动及环境适应性形变等行为。

  文章进一步强调“多键耦合（bond coupling）”，指出生物体系中的高级响应行为往往并非来源于单一配位作用，而是源于多种配位键之间、或配位键与氢键、动态共价键、机械互锁结构等多种动态相互作用之间的协同耦合。基于此，作者系统总结了层级化、竞争性、正交性与协同性等多种耦合模式，阐释了其在实现多时间尺度松弛、自适应反馈及复杂功能集成中的关键作用，为构筑具有“类生命智能”的高分子材料提供了新的设计思路。

  该综述从配位化学本质出发，建立了“分子配位作用?网络动力学?材料宏观功能”之间的系统联系，为发展新一代仿生响应高分子材料提供了理论指导与设计框架。相关研究有望推动智能水凝胶、软体机器人、自适应传感、信息加密、生物界面及自主系统等领域的发展。

  原文链接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2026/cs/d5cs01074h