日本東京科學(xué)大學(xué)物質(zhì)理工學(xué)院材料系相良剛光副教授與東京農(nóng)工大學(xué)工學(xué)研究院應(yīng)用化學(xué)部門中野幸司教授領(lǐng)銜的研究團(tuán)隊(duì)，成功開發(fā)出一種新型超分子機(jī)械響應(yīng)體（mechanophore），首次實(shí)現(xiàn)僅憑機(jī)械力在單分子尺度上可逆開關(guān)圓偏振發(fā)光（Circularly Polarized Luminescence, CPL）。該成果于2026年7月24日在線發(fā)表于德國(guó)《Angewandte Chemie International Edition》期刊，標(biāo)志著CPL功能材料從光/熱刺激響應(yīng)向力學(xué)精準(zhǔn)操控邁出關(guān)鍵一步。

該機(jī)械響應(yīng)體以螺烯（helisen）熒光團(tuán)為核心發(fā)光單元，將其嵌入輪烷（rotaxane）分子結(jié)構(gòu)中，并作為交聯(lián)點(diǎn)引入雙網(wǎng)絡(luò)（Double Network, DN）水凝膠。其工作原理高度依賴分子構(gòu)象的力學(xué)驅(qū)動(dòng)變化：當(dāng)凝膠處于未充分溶脹狀態(tài)時(shí)，聚合物鏈松弛，輪烷未受拉伸力，螺烯與鄰近淬滅基團(tuán)緊密靠近，能量以非輻射方式耗散，CPL信號(hào)被關(guān)閉（off）；而當(dāng)凝膠在特定溶劑中均勻溶脹時(shí)，網(wǎng)絡(luò)中伸展的聚合物鏈對(duì)輪烷施加定向張力，迫使螺烯與淬滅基團(tuán)分離，熒光恢復(fù)且手性環(huán)境得以維持，CPL信號(hào)開啟（on）。整個(gè)過程可通過切換溶劑（如水/乙醇混合比）反復(fù)觸發(fā)，實(shí)現(xiàn)CPL強(qiáng)度與偏振度的可逆調(diào)控。

技術(shù)突破點(diǎn)在于將宏觀力學(xué)輸入（凝膠溶脹應(yīng)力）精準(zhǔn)轉(zhuǎn)化為單分子尺度的構(gòu)象切換。輪烷結(jié)構(gòu)在此扮演‘分子力傳感器’角色——其滑環(huán)運(yùn)動(dòng)受張力調(diào)控，直接決定螺烯所處微環(huán)境的手性完整性和空間隔離度。實(shí)驗(yàn)表明，在優(yōu)化溶脹條件下，CPL不對(duì)稱因子（|g_lum|）可達(dá)1.2×10^?2，且開關(guān)響應(yīng)時(shí)間小于30秒，循環(huán)穩(wěn)定性經(jīng)10次溶脹-收縮后無明顯衰減。該體系不依賴外部光源或加熱裝置，避免了傳統(tǒng)光控CPL材料常見的光漂白與熱降解問題，更適合集成于柔性器件或生物相容場(chǎng)景。

面向產(chǎn)業(yè)化的三重價(jià)值

第一，填補(bǔ)力學(xué)可控CPL材料空白。當(dāng)前CPL應(yīng)用受限于調(diào)控手段單一：光控易引發(fā)副反應(yīng)，熱控難于局域化，電控需復(fù)雜電極結(jié)構(gòu)。本方案以凝膠為力學(xué)轉(zhuǎn)導(dǎo)介質(zhì)，天然適配可穿戴傳感器、觸覺反饋界面及微流控芯片等需力-光耦合的場(chǎng)景。第二，提供標(biāo)準(zhǔn)化評(píng)價(jià)平臺(tái)。研究團(tuán)隊(duì)同步確立了基于DN凝膠溶脹行為的CPL分子篩選方法——只需將待測(cè)手性發(fā)光分子接入相同輪烷骨架并嵌入標(biāo)準(zhǔn)凝膠，即可在統(tǒng)一力學(xué)載荷下橫向比較其CPL開關(guān)性能，大幅降低新材料開發(fā)試錯(cuò)成本。第三，拓展超分子機(jī)械響應(yīng)體功能邊界。以往機(jī)械響應(yīng)體多聚焦于力致變色或力致斷裂，本工作首次證明其可調(diào)控偏振光發(fā)射，為開發(fā)力控手性催化、力控旋光藥物釋放等新方向提供分子設(shè)計(jì)范式。

日本在超分子功能材料領(lǐng)域具備深厚積累，尤其在輪烷、索烴等機(jī)械互鎖分子（MIMs）合成與應(yīng)用方面長(zhǎng)期處于國(guó)際前沿。東京農(nóng)工大學(xué)應(yīng)用化學(xué)部門在高分子凝膠力學(xué)與功能集成方面持續(xù)產(chǎn)出高水平成果，而東京科學(xué)大學(xué)近年聚焦‘物質(zhì)創(chuàng)制—器件集成’全鏈條，推動(dòng)實(shí)驗(yàn)室成果向柔性電子、智能涂層等方向轉(zhuǎn)化。此次合作體現(xiàn)了日本高校在基礎(chǔ)分子設(shè)計(jì)與宏觀材料工程交叉上的協(xié)同優(yōu)勢(shì)。值得注意的是，該技術(shù)目前仍處于原理驗(yàn)證階段：DN凝膠的溶脹動(dòng)力學(xué)受溫度、離子強(qiáng)度及交聯(lián)密度影響顯著，實(shí)際部署需匹配具體應(yīng)用場(chǎng)景的環(huán)境參數(shù)；輪烷合成涉及多步保護(hù)/脫保護(hù)反應(yīng)，量產(chǎn)成本較高，尚未建立公斤級(jí)制備工藝；CPL信號(hào)強(qiáng)度與現(xiàn)有商用圓偏振OLED尚有數(shù)量級(jí)差距，暫不適合直接替代顯示面板光源。

對(duì)中國(guó)B2B從業(yè)者的實(shí)操提示

對(duì)國(guó)內(nèi)柔性電子材料采購商與研發(fā)工程師而言，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注該體系中DN凝膠的配方兼容性——其聚丙烯酰胺/聚乙烯醇雙網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與國(guó)產(chǎn)常見水凝膠基材工藝接近，便于快速開展摻雜測(cè)試；對(duì)光學(xué)薄膜制造商，建議跟蹤后續(xù)基于該輪烷骨架開發(fā)的固態(tài)薄膜版本（論文提及正在探索無溶劑化路徑），其可能規(guī)避凝膠封裝難題；對(duì)從事防偽油墨開發(fā)的企業(yè)，該CPL開關(guān)特性可與現(xiàn)有溫敏/濕敏油墨形成多模態(tài)防偽組合，但需注意螺烯類化合物在國(guó)內(nèi)尚未列入常規(guī)化工目錄，進(jìn)口報(bào)關(guān)需提前確認(rèn)CAS號(hào)與監(jiān)管分類。產(chǎn)業(yè)化落地的核心瓶頸在于分子規(guī)?；铣膳c凝膠力學(xué)-光學(xué)響應(yīng)標(biāo)定體系的建立，短期內(nèi)更適合作為高端科研試劑或定制化傳感元件導(dǎo)入。

該成果尚未進(jìn)入中試或企業(yè)合作階段，所有實(shí)驗(yàn)均在實(shí)驗(yàn)室條件下完成。其真正走向產(chǎn)線，取決于能否解決輪烷分子的綠色合成路徑、凝膠基質(zhì)在干燥/彎曲狀態(tài)下的CPL保持率，以及建立與ISO 15378或GB/T 19001兼容的質(zhì)量控制節(jié)點(diǎn)。下一步進(jìn)展值得在2025年下半年起持續(xù)追蹤其專利布局與JST資助項(xiàng)目的產(chǎn)業(yè)化延伸動(dòng)向。