2026年7月29日——在过去几十年里，科学家们越来越热衷于开发不仅能够承受机械力，还能以有用且可检测的方式对机械力作出响应的材料。例如，如今已经可以设计出在受力时通过颜色或亮度变化发出信号的材料。这一日益发展的领域有时被称为力致变色或力响应材料科学，已在结构传感器和先进光学技术中找到应用。

研究人员尤其希望通过这种方式控制的一种光学特性是圆偏振发光（CPL），这是一种发射光电场向左或向右螺旋传播的光发射现象。这一现象预计将在三维显示、防伪油墨、生物传感及相关技术中找到应用。虽然现有技术可以在分子水平上利用pH值或化学触发物来开关CPL，但仅凭机械力实现这一目标此前一直难以达成。

如今，由日本东京科学大学（Science Tokyo）材料科学与工程系副教授相良善充和日本东京农工大学有机与聚合物材料化学系教授中野幸司领导的研究团队成功攻克了这一挑战。他们最新的研究发表于2026年7月24日的《德国应用化学国际版》（Angewandte Chemie International Edition），报道了一种具有可逆CPL的创新力响应平台。

该团队设计了一种超分子机械力响应基团（supramolecular mechanophore），这是一种力响应分子，当机械力重新排列其结构时，其光学性质会发生变化。这种机械力响应基团由一个穿在轴上的环组成，两者之间没有任何化学键连接，即所谓的轮烷（rotaxane）。环上携带一个能发射CPL的螺旋形分子，而轴上携带一个位置靠近其中心的匹配猝灭剂。在不受干扰的情况下，环停留在猝灭剂附近，CPL保持关闭状态。然而，当环和轴被向相反方向拉动时，环从中心猝灭剂处滑离，从而开启CPL。

为了以可控方式施力，团队将这些轮烷分子作为交联剂嵌入到由互穿聚合物组成的双网络凝胶的第一网络中。通过用氯仿溶胀该网络，聚合物链被均匀拉伸。这会将力均匀传递到轮烷上，并按照设计将环拉向一个方向、轴拉向另一个方向，从而增加两者之间的距离并激活CPL。相比之下，用甲醇溶胀凝胶产生的力要小得多，使CPL保持关闭状态。

研究人员证明，只需在两种溶剂之间交替切换，这一开关过程便可重复多次，表明该分子系统可在不断裂任何化学键的情况下可逆响应。此外，这种凝胶溶胀方法使得能够精确测量来自单个分子的CPL，同时避免本体材料取向带来的任何干扰。相良表示：“我们期望本研究建立的CPL评估方法能够成为评估任何其CPL特性随机械力变化的分子系统的通用方法。”

除了首次展示在单分子水平上实现力控CPL开关之外，这项研究还扩展了超分子机械力响应基团的多功能性。相良表示：“我们的工作有助于利用超分子机械力响应基团控制其他光功能，并推动超分子机械力响应基团库的未来扩展。”

总体而言，所提出的方法为研究人员提供了一个多功能平台，用于设计新型机械响应光学材料，并以更高精度研究力依赖型发光系统。在不久的将来，这可能为下一代传感和光子技术开辟新的可能性。