在低碳循环经济的倡导下,CNC作为一种生物基材料被迅速地开发,在电子、生物塑料、能源等领域被广泛的应用,有望加速推进各领域的可持续发展。特别的是,CNC可以自发组织形成手性向列液晶结构,产生绚丽的光子结构色,这对可持续性光学和光学传感的发展非常重要。然而,此类材料在潮湿或液体环境中的功能失效,不可避免地损害了它们在生物医学、膜分离、环境监测和可穿戴设备中的发展。因此,通过简单有效的手段使得CNC在液体环境下稳定存在,并实现功能化的应用非常重要。
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本工作中,团队发展了一种制造不溶性CNC基水凝胶的简单且有效的方法,利用分子间氢键重构,热脱水使优化的CNC复合光子膜在水溶液中形成一个稳定的水凝胶网络。研究发现,该水凝胶在干湿状态之间可以可逆转换,便于进行特定的功能化处理。团队通过在液体环境下吸附溶胀引入功能化分子,得到了具有抗冻性(–20℃)、强粘附性、良好生物相容性、对Ca2+高灵敏度和高选择性感应的水凝胶。该工作有望促进利用可持续纤维素传感器监测其他代谢物(即葡萄糖、尿素和维生素等)的应用,并为在环境监测、膜分离和可穿戴设备中运行的数控水凝胶系统奠定了基础。
卿光焱团队长期致力于CNC手性功能化相关研究,开展了一系列工作:通过整合CNC自组装工艺和DMF溶剂中的紫外光引发的有机聚合,实现高性能光子材料的合成,从而增强CNC基复合材料的弹性变形概念(Small,2022);将强手性的CNC系统与强发光的稀土配合物进行结合,制备出携带四种光学信息的手性光子复合膜(Adv. Funct. Mater,2022)等。
相关研究成果以“Sustainable, Insoluble, and Photonic Cellulose Nanocrystal Patches for Calcium Ion Sensing in Sweat”为题,于近日发表在Small上。该工作的第一作者是我所1824组博士研究生李琼雅。上述工作得到国家自然科学基金、辽宁省兴辽英才计划、我所创新基金等项目的支持。(文/图 张福生、李琼雅)
文章链接:https://doi.org/10.1002/smll.202207932