基于聚集诱导发光技术的多尺度乳液动态追踪新策略：从分子运动受限到宏观成膜监测

本研究针对聚合物乳液成膜过程中多尺度动态监测的技术难题，开发了基于聚集诱导发光（AIE）技术的统一监测平台。研究人员利用水溶性AIE荧光探针TPE-4S-Na，通过其分子运动受限（RIM）触发的荧光激活特性，实现了从分子构象变化、微观粒子融合到宏观干燥过程的全尺度实时追踪。该技术突破了传统多平台方法的效率瓶颈，在CO2-PUD乳液体系和水性木器涂料中验证了其高对比度、高精度的监测优势，为复杂材料系统的动态研究提供了创新方法论。

　　

在材料科学领域，聚合物乳液因其环保特性广泛应用于涂料、粘合剂等行业，全球市场规模已达500亿美元。然而这类材料的性能核心——成膜过程，却长期面临监测技术瓶颈。传统方法需要组合荧光共振能量转移（FRET）、电子显微镜和称重法等多平台技术，存在效率低下、数据整合困难等问题。更关键的是，湿态体系的实时动态观测始终缺乏有效手段，导致对水蒸发-粒子融合-分子扩散等多尺度联动机制的认识存在空白。

针对这一挑战，香港科技大学唐本忠院士团队与中科院长春应化所合作，在《National Science Review》发表创新研究。团队巧妙利用聚集诱导发光（AIE）现象中"运动即淬灭、受限即发光"的特性，开发出统一的多尺度监测策略。通过设计水溶性AIE荧光探针TPE-4S-Na，建立从分子运动状态变化、微观粒子相互作用到宏观干燥前沿演化的全链条观测体系，首次实现聚合物乳液成膜过程的跨尺度关联分析。

关键技术包括：1）设计合成具有磺酸基修饰的TPE-4S-Na探针，验证其在水/THF体系中的AIE特性；2）构建基于荧光显微镜（FM）和超分辨成像（SIM）的微观监测平台，实现206nm-2.14μm粒径范围的粒子追踪；3）开发宏观荧光-灰度转化算法，建立工业级涂料的干燥动力学监测方案；4）在CO₂基聚氨酯分散体（CO₂-PUD）和水性木器涂料中完成实验室到产业的双重验证。

【分子尺度监测】研究首先证实TPE-4S-Na在溶液态量子产率（QY）仅0.5%，而干燥后提升至20.2%。通过实时荧光光谱追踪，将成膜过程解析为三个特征阶段：0-11分钟为湿态平衡期（I阶段），11-27分钟为快速干燥期（II阶段），27-41分钟为最终固化期（III阶段）。这种分子运动受限（RIM）触发的荧光增强，比传统称重法更能精确反映局部干燥状态。

【微观尺度监测】超分辨成像揭示温度对粒子融合的关键影响：25°C时粒子间形成六边形毛细管区，TPE-4S-Na在融合界面选择性聚集产生强荧光；而5°C时粒子保持独立球形轮廓。研究首次可视化观察到"咖啡环效应"的微观机制：干燥前沿形成227nm厚度差的明暗相间环状结构，证实了表面张力驱动的粒子迁移规律。

【宏观尺度监测】开发的灰度分析平台成功应用于30×20cm木器涂料监测，将93分钟干燥过程分为三个阶段：0-27分钟为初期平衡，27-85分钟为快速干燥，最终达到荧光平台期。该技术克服了工业场景中昂贵光谱仪的限制，仅需普通UV灯和相机即可实现全场监测。

研究通过AIE技术首次实现材料动态过程的多尺度统一观测，建立分子运动-微观结构-宏观形貌的定量关联。该方法学创新不仅解决乳液行业长期存在的成膜监测难题，其"一标多尺"的研究范式更为生命科学领域的细胞迁移、神经信号传导等动态过程研究提供新思路。特别值得关注的是，研究中采用的CO₂-PUD体系通过将温室气体转化为高性能材料，同步实现碳固定与材料创新，彰显绿色化学理念。这项工作从基础原理创新到工业应用验证的全链条研究，展现出AIE材料在解决复杂系统问题中的独特优势。