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近日，大連化物所生物技術研究部生物分離與界面分子機制研究組卿光焱研究員團隊設計并制備出一種具有可重構性和機械變色性的高堅固纖維素光子水凝膠。該制備方法為制造堅固的光子水凝膠開辟了一條新途徑，其智能光學響應特性有望擴大仿生光子纖維素材料在醫(yī)療、能源和工業(yè)領域的應用。

Bouligand結構是一種由單向納米纖維片螺旋堆疊構成的多層次有序結構。這種結構廣泛存在于諸多生物材料中，例如魚鱗、龍蝦殼、昆蟲外骨骼甚至是人體的骨組織，這些材料憑Bouligand結構的優(yōu)勢，既能保持足夠的堅硬度，又能在受到外力沖擊時通過分層結構有效緩沖，從而減少損傷。仿自然界Bouligand的結構因其層間耦合和應力傳遞機制，展現(xiàn)出優(yōu)異的機械性能，啟發(fā)了抗沖擊生物塑料、陶瓷防護服和仿生合金復合材料等高性能材料的開發(fā)。盡管通過分子級設計和多尺度結構優(yōu)化，仿生Bouligand結構在工程塑性上已取得顯著進展，但現(xiàn)有材料大多由單尺度脆性單元構成，缺乏分級活性界面及自主響應能力，導致其延展性和功能性受限。因此，需要突破現(xiàn)有設計瓶頸，開發(fā)同時具備多級活性界面、動態(tài)響應能力及高韌性的新型Bouligand結構材料體系，以增強和優(yōu)化材料的剛性和延展性等。構建能夠平衡微運動和結構穩(wěn)健性的策略，從根本上打破脆性與韌性無法兼得的矛盾，進而攻克阻礙仿生材料實際應用的關鍵技術難題有望解決上述問題。

大連化物所研究團隊通過自組裝纖維素納米晶體（CNC），為Bouligand結構提供了一種具有廣泛應用前景的解決方案。該策略通過納米纖維滑動和氫鍵重建，實現(xiàn)了網(wǎng)絡基質空間排列的精確控制。這一轉變由水分子激活的氫鍵作用驅動，形成了堅固的光子水凝膠。所得的Bouligand結構水凝膠展現(xiàn)出優(yōu)異的機械性能，相較于初始水凝膠，其韌性值增加了5倍，拉伸性超過950%。此外，這些光子水凝膠展現(xiàn)出動態(tài)變色能力，可在紅色和藍色之間切換，并在可逆拉伸過程中保持穩(wěn)定的電靈敏度。光子水凝膠的成像界面持久耐用，可反復使用，僅需在水中浸泡5分鐘即可恢復活性。該工作為CNC的實際應用開辟了新路線，有望應用在可持續(xù)生物塑料、柔性電子基板、智能光子器件等領域。

近年來，卿光焱團隊在納米纖維素的手性功能化研究中取得了系列進展，前期開發(fā)了多模式、可轉換的手性光學防偽薄膜，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)同變色和導電的纖維素納米晶光子貼片等。