Fluolab【Adv.Mater.】15.82秒可视磷光：开启水凝胶在体内定位的新纪元
在生物医学领域，水凝胶因其优异的生物相容性和可注射性，被广泛应用于放疗防护、组织修复、药物递送等场景。然而，如何在体内精准确认水凝胶是否成功形成并定位，始终是一个技术瓶颈。近期，《Advanced Materials》发表的一项研究提出了一种创新的解决方案：通过构建有机磷光发光体，实现水凝胶形成过程的可视化观察，磷光寿命最长可达15.82秒。 
文章信息
📚文章标题：Organic Afterglow Emitters for Visual Observation of Hydrogel Formation in Biomedical Systems 作者：Kaka Zhang等 期刊：Advanced Materials 链接：https://doi.org/10.1002/adma.202418750
一、水凝胶的医学价值与定位难题
水凝胶在医学中的应用极为广泛：
- 在盆腔或腹部放疗中，注射水凝胶可保护直肠等周边组织免受辐射损伤；
- 在术后防粘连方面，水凝胶可形成屏障，减少组织间不必要的黏附；
- 在伤口修复中，水凝胶可填充不规则创面，促进组织再生；
- 在药物递送中，水凝胶可控释药物，提高治疗效率。
然而，这些应用的前提是水凝胶能在目标位置成功凝胶化。传统的定位手段如CT成像或肉眼观察，受限于组织密度差异小、血液干扰等因素，难以准确判断水凝胶是否已形成。
二、有机磷光发光体：从“看不见”到“发光定位”
研究团队设计了一种特殊的有机磷光发光体——DCor（氘代苯并菲），并将其封装在PMMA乳胶颗粒中。这种发光体具有以下特性： 
- 极低的磷光速率常数（kₚ ≈ 0.04 s⁻¹）；
- 极低的非辐射衰减速率（kₙᵣ ≈ 0.01 s⁻¹）；
- 可控的氧猝灭速率（k_q）。
在液态环境中，由于氧气的猝灭作用，DCor处于“熄灭”状态，不发光；而一旦形成水凝胶，氧气扩散受阻，DCor转为“点亮”状态，发出明亮且持久的磷光。
三、15.82秒磷光寿命：水凝胶形成的“光学指纹”
在体内实验中，研究人员将含有DCor-PMMA颗粒的水凝胶前体注射至大鼠皮下或子宫腔，观察到如下现象： 
- 凝胶形成后，水凝胶发出黄绿色磷光，持续时间超过1分钟；
- 磷光寿命最长达15.82秒，信噪比高，肉眼即可识别；
- 与CT成像相比，磷光变化更显著，定位更精准。
此外，在裸鼠体内，磷光可透过皮肤观察，持续约10秒，显示出良好的组织穿透能力。 
四、从实验室到临床：一体化“注射-激发-监测”设备
为了实现临床应用，研究团队开发了一种集注射、激发与监测于一体的设备，类似内窥镜结构：
- 双注射器同步注入水凝胶前体；
- 同轴激发光源照射注射部位；
- 光源关闭后，同轴光纤摄像头捕捉磷光信号。
在猪结肠和比格犬子宫-直肠界面模型中，该设备成功实现了水凝胶形成的实时可视化，验证了其在复杂体腔环境中的实用性。
五、机制解析：氧气扩散受限是关键
研究进一步分析了磷光“点亮”的机制： 
- PEI（聚乙烯亚胺）具有还原性，可降低氧浓度；
- 水凝胶网络结构显著降低氧气扩散速率（从水中的2.4×10⁻⁹ m²/s降至1.4×10⁻¹⁰ m²/s）；
- 氧浓度降低至0.8%，使k_q降至≈0.02 s⁻¹，磷光得以激发。
此外，自由基聚合形成的水凝胶（如PAAm）可进一步清除溶解氧，磷光寿命甚至可达23.00秒，创下水凝胶体系的磷光寿命纪录。
六、生物安全性与材料性能评估
该水凝胶系统在生物安全性方面表现良好： 
- 对NIH3T3细胞无明显毒性；
- 在SD大鼠皮下注射后，水凝胶稳定存在达6周；
- 具备良好的力学性能（压缩模量达438 kPa）和可控降解性。
这些特性使其具备在临床中长期应用的潜力。
七、结语：光学可视化技术赋能水凝胶医学应用
本研究不仅提出了一种可视化水凝胶形成的新方法，更为软物质体系中构建高性能磷光材料提供了新策略。未来，该技术有望集成至临床水凝胶产品中，如用于宫颈癌放疗防护的Respacio水凝胶，提升治疗的精准性与安全性。
15.82秒的磷光，不仅是一个数字，更是水凝胶在医学应用中迈向可视化、智能化的关键一步。