近日，海角论坛 柔性电子全国重点实验室黄维院士、陶冶教授团队联合南京大学医学院附属口腔医院董衡教授团队、温州医科大学附属衢州医院洪广亮教授团队，在国际期刊Angewandte Chemie International Edition发表题为《Nanoconfinement Enabled High-efficiency and Long-lifetime Multicolor Afterglow Hydrogels for Advanced Spatiotemporal Encryption and Pathogen Eradication》的研究论文。该成果被期刊遴选为VIP论文（Very Important Paper）。论文共同第一作者为我校博士生张舒曼、南京大学博士生李筱叶。

多色发光水凝胶作为一类极具潜力的软物质发光材料，在信息加密防伪、生物成像、智能传感、生物医用等前沿领域展现出广阔的应用前景。其中，有机余辉水凝胶可同时高效利用单线态与三线态激子，突破了传统荧光材料的激子利用限制，被视为新一代软物质发光平台的核心发展方向。然而，传统余辉水凝胶体系长期以来面临着难以突破的瓶颈。水凝胶富水、透氧的本征特性，会严重加速三线态激子的非辐射失活与碰撞猝灭。同时聚合物链段的运动也会加剧振动能量耗散。这两大核心难题，直接导致现有余辉水凝胶普遍存在余辉寿命短（大多不足1秒）、量子产率低（普遍低于10%）、发光光谱局限于蓝绿波段的问题，无法同时实现高效激子利用与优异的力学形变性能，严重制约了其实际应用。

针对上述难题，研究团队创新性地提出纳米限域工程策略，开创性地将刚性、色彩可调的氢键超分子框架嵌入水凝胶聚合物网络中，一举实现两大核心突破。通过超分子框架构建的刚性限域微环境，可精准固定发光发色团，从根源上抑制三线态激子的非辐射衰减与水 / 氧猝灭效应，彻底解决了传统材料余辉效率低、寿命短的核心痛点。该超分子框架可作为水凝胶网络中的应力耗散节点，显著增强聚合物基体的力学性能，实现了余辉发光性能与材料机械鲁棒性的协同优化。基于该策略制备的余辉水凝胶，实现了从深蓝到橙红的全光谱多色余辉发射，余辉寿命最高可达2535 ms，光致发光量子产率突破29.4%，核心性能在已报道的余辉水凝胶体系中处于国际领先水平。同时，材料展现出极为优异的力学性能，断裂应变接近1400%，压缩强度最高达7.7 MPa，在66%的高含水量条件下，仍能保持优异的循环稳定性与抗疲劳性能，适配柔性场景的应用需求。

依托多色余辉的发射颜色与衰减动力学差异性，研究团队构建了基于二阶魔方的时空分辨多维信息加密系统，实现了高安全性的多维信息加密与防伪，为先进光学信息安全领域提供了全新的材料载体。此外，得益于纳米限域策略带来的高效三线态激子捕获效率，该水凝胶可在光照下高效敏化产生单线态氧，对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌两种典型创面致病菌均实现了> 99.9%的杀菌效率。团队进一步将其制备成微针贴片，在小鼠全层皮肤感染模型中，实现了感染创面的高效抗菌与快速愈合，为临床慢性感染创面的治疗提供了全新方案。

该工作突破了传统有机余辉水凝胶发光效率、寿命与力学性能难以兼顾的核心瓶颈，建立了多功能余辉软材料的普适性设计平台，为有机余辉材料在先进光学信息安全、柔性光电器件、生物医用治疗、软物质光子学等领域的应用开辟了全新路径。

该研究获得了国家自然科学基金、江苏省基础研究计划、南京U35强基项目、海角论坛 “华礼人才支持计划”以及江苏省研究生科研创新计划等项目的联合资助。

多色余辉水凝胶的设计示意图

原文链接：//doi.org/10.1002/anie.3224418

（撰稿：陶冶 编辑：陈宁娜 审核：凌海峰）