響應(yīng)性光學(xué)材料能將環(huán)境刺激轉(zhuǎn)化成光學(xué)信號(hào)，這類(lèi)材料在自然界中普遍存在，也被開(kāi)發(fā)制備成各種材料廣泛應(yīng)用于傳感、顯示、防偽、信息存儲(chǔ)等多種領(lǐng)域。纖維素納米晶體（CNCs），一種從天然纖維素中提取的納米顆粒，因其可再生性、可降解性、來(lái)源豐富以及獨(dú)特的光學(xué)特性等優(yōu)勢(shì)，被廣泛用于開(kāi)發(fā)和制備成各種功能材料，包括響應(yīng)性光學(xué)材料。然而，由于CNCs光學(xué)材料組裝時(shí)間長(zhǎng)、所需CNCs濃度高以及由此帶來(lái)的物理化學(xué)性能可調(diào)節(jié)性差、靜態(tài)光學(xué)性能等原因，具有手性向列排列的CNCs光學(xué)材料在實(shí)際應(yīng)用中受到諸多限制。

　　為解決這一問(wèn)題，省科學(xué)院生物與醫(yī)學(xué)工程所分析檢測(cè)團(tuán)隊(duì)與武漢大學(xué)合作，通過(guò)對(duì)長(zhǎng)徑比高的海鞘纖維素納米晶體（TCNC）進(jìn)行剪切取向，并將這種規(guī)則結(jié)構(gòu)通過(guò)單體、交聯(lián)劑聚合鎖定在聚（N-異丙基丙烯酰胺）（PNIPAM）交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中，制得具有均勻干涉色的光學(xué)水凝膠（圖1）。由于TCNC的高長(zhǎng)徑比和高結(jié)晶度，復(fù)合水凝膠中TCNCs在較低的濃度下即會(huì)出現(xiàn)虹彩雙折射。TCNCs不僅使納米復(fù)合水凝膠具有均勻干涉色，而且提高了水凝膠的力學(xué)性能。而柔軟的水凝膠框架能讓材料在外界刺激下快速作出反應(yīng)，極大提升三維變色材料的可調(diào)諧性。當(dāng)溫度/應(yīng)力發(fā)生變化時(shí)，水凝膠通過(guò)收縮/膨脹形變改變TCNCs的排列結(jié)構(gòu)，顯示靈敏的力/熱致變色效果（圖2），有望用于可拉伸傳感器、環(huán)境監(jiān)測(cè)、防偽標(biāo)簽等領(lǐng)域。

　　圖1 剪切取向TCNC /PNIPAM雙重響應(yīng)光學(xué)水凝膠的制備與結(jié)構(gòu)

　　圖2 TCNC /PNIPAM光學(xué)水凝膠拉力、壓力、溫度響應(yīng)性

　　相關(guān)成果發(fā)表在期刊Journal of Materials Chemistry C上，武漢大學(xué)王君玫博士生和省科學(xué)院生物與醫(yī)學(xué)工程所程巧云博士為共同第一作者，武漢大學(xué)張俐娜院士和常春雨副教授為共同通訊作者。

　　該工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、廣東省科學(xué)院科技專(zhuān)項(xiàng)項(xiàng)目、湖北省重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目等的資助。

　　論文信息：Wang, J., Cheng, Q., Feng, S., Zhang, L., & Chang, C. (2021). Shear-aligned tunicate-cellulose-nanocrystal-reinforced hydrogels with mechano-thermo-chromic properties. Journal of Materials Chemistry C, 9(19), 6344-6350.

　?。ㄊ】茖W(xué)院生物與醫(yī)學(xué)工程所 程巧云/供稿）