來(lái)源：《大連日?qǐng)?bào)》第1版 首版
發(fā)布時(shí)間：2025-02-16
近日，大連化物所生物技術(shù)研究部生物分離與界面分子機(jī)制研究組卿光焱研究員團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)并制備出一種具有可重構(gòu)性和機(jī)械變色性的高堅(jiān)固纖維素光子水凝膠。該制備方法為制造堅(jiān)固的光子水凝膠開(kāi)辟了一條新途徑，其智能光學(xué)響應(yīng)特性有望擴(kuò)大仿生光子纖維素材料在醫(yī)療、能源和工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用。
Bouligand結(jié)構(gòu)是一種由單向納米纖維片螺旋堆疊構(gòu)成的多層次有序結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)廣泛存在于諸多生物材料中，例如魚(yú)鱗、龍蝦殼、昆蟲(chóng)外骨骼甚至是人體的骨組織，這些材料憑Bouligand結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)，既能保持足夠的堅(jiān)硬度，又能在受到外力沖擊時(shí)通過(guò)分層結(jié)構(gòu)有效緩沖，從而減少損傷。仿自然界Bouligand的結(jié)構(gòu)因其層間耦合和應(yīng)力傳遞機(jī)制，展現(xiàn)出優(yōu)異的機(jī)械性能，啟發(fā)了抗沖擊生物塑料、陶瓷防護(hù)服和仿生合金復(fù)合材料等高性能材料的開(kāi)發(fā)。盡管通過(guò)分子級(jí)設(shè)計(jì)和多尺度結(jié)構(gòu)優(yōu)化，仿生Bouligand結(jié)構(gòu)在工程塑性上已取得顯著進(jìn)展，但現(xiàn)有材料大多由單尺度脆性單元構(gòu)成，缺乏分級(jí)活性界面及自主響應(yīng)能力，導(dǎo)致其延展性和功能性受限。因此，需要突破現(xiàn)有設(shè)計(jì)瓶頸，開(kāi)發(fā)同時(shí)具備多級(jí)活性界面、動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力及高韌性的新型Bouligand結(jié)構(gòu)材料體系，以增強(qiáng)和優(yōu)化材料的剛性和延展性等。構(gòu)建能夠平衡微運(yùn)動(dòng)和結(jié)構(gòu)穩(wěn)健性的策略，從根本上打破脆性與韌性無(wú)法兼得的矛盾，進(jìn)而攻克阻礙仿生材料實(shí)際應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)難題有望解決上述問(wèn)題。
大連化物所研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)自組裝纖維素納米晶體（CNC），為Bouligand結(jié)構(gòu)提供了一種具有廣泛應(yīng)用前景的解決方案。該策略通過(guò)納米纖維滑動(dòng)和氫鍵重建，實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)基質(zhì)空間排列的精確控制。這一轉(zhuǎn)變由水分子激活的氫鍵作用驅(qū)動(dòng)，形成了堅(jiān)固的光子水凝膠。所得的Bouligand結(jié)構(gòu)水凝膠展現(xiàn)出優(yōu)異的機(jī)械性能，相較于初始水凝膠，其韌性值增加了5倍，拉伸性超過(guò)950%。此外，這些光子水凝膠展現(xiàn)出動(dòng)態(tài)變色能力，可在紅色和藍(lán)色之間切換，并在可逆拉伸過(guò)程中保持穩(wěn)定的電靈敏度。光子水凝膠的成像界面持久耐用，可反復(fù)使用，僅需在水中浸泡5分鐘即可恢復(fù)活性。該工作為CNC的實(shí)際應(yīng)用開(kāi)辟了新路線，有望應(yīng)用在可持續(xù)生物塑料、柔性電子基板、智能光子器件等領(lǐng)域。
近年來(lái)，卿光焱團(tuán)隊(duì)在納米纖維素的手性功能化研究中取得了系列進(jìn)展，前期開(kāi)發(fā)了多模式、可轉(zhuǎn)換的手性光學(xué)防偽薄膜，光子纖維素納米晶的柔性汗液傳感器，纖維素左手性圓偏振發(fā)光薄膜，以及協(xié)同變色和導(dǎo)電的纖維素納米晶光子貼片等。
（李瓊雅 大連新聞傳媒集團(tuán)記者謝小芳）
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