近日，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所生物技術(shù)研究部生物分離與界面分子機(jī)制研究組（1824組）卿光焱研究員團(tuán)隊設(shè)計并制備了一種用于汗液中鈣離子傳感的可持續(xù)、不溶性和手性光子纖維素納米晶體貼片。該研究為纖維素納米晶（CNC）的功能化研究提供了一種新思路。

在低碳循環(huán)經(jīng)濟(jì)的倡導(dǎo)下，CNC作為一種生物基材料被迅速地開發(fā)，在電子、生物塑料、能源等領(lǐng)域被廣泛的應(yīng)用，有望加速推進(jìn)各領(lǐng)域的可持續(xù)發(fā)展。特別的是，CNC可以自發(fā)組織形成手性向列液晶結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生絢麗的光子結(jié)構(gòu)色，這對可持續(xù)性光學(xué)和光學(xué)傳感的發(fā)展非常重要。然而，此類材料在潮濕或液體環(huán)境中的功能失效，不可避免地?fù)p害了它們在生物醫(yī)學(xué)、膜分離、環(huán)境監(jiān)測和可穿戴設(shè)備中的發(fā)展。因此，通過簡單有效的手段使得CNC在液體環(huán)境下穩(wěn)定存在，并實現(xiàn)功能化的應(yīng)用非常重要。

本工作中，團(tuán)隊發(fā)展了一種制造不溶性CNC基水凝膠的簡單且有效的方法，利用分子間氫鍵重構(gòu)，熱脫水使優(yōu)化的CNC復(fù)合光子膜在水溶液中形成一個穩(wěn)定的水凝膠網(wǎng)絡(luò)。研究發(fā)現(xiàn)，該水凝膠在干濕狀態(tài)之間可以可逆轉(zhuǎn)換，便于進(jìn)行特定的功能化處理。團(tuán)隊通過在液體環(huán)境下吸附溶脹引入功能化分子，得到了具有抗凍性（-20℃）、強(qiáng)粘附性、良好生物相容性、對Ca2+高靈敏度和高選擇性感應(yīng)的水凝膠。該工作有望促進(jìn)利用可持續(xù)纖維素傳感器監(jiān)測其他代謝物（即葡萄糖、尿素和維生素等）的應(yīng)用，并為在環(huán)境監(jiān)測、膜分離和可穿戴設(shè)備中運(yùn)行的數(shù)控水凝膠系統(tǒng)奠定了基礎(chǔ)。

卿光焱團(tuán)隊長期致力于CNC手性功能化相關(guān)研究，開展了一系列工作：通過整合CNC自組裝工藝和DMF溶劑中的紫外光引發(fā)的有機(jī)聚合，實現(xiàn)高性能光子材料的合成，從而增強(qiáng)CNC基復(fù)合材料的彈性變形概念（Small，2022）；將強(qiáng)手性的CNC系統(tǒng)與強(qiáng)發(fā)光的稀土配合物進(jìn)行結(jié)合，制備出攜帶四種光學(xué)信息的手性光子復(fù)合膜（Adv. Funct. Mater，2022）等。

相關(guān)研究成果以“Sustainable, Insoluble, and Photonic Cellulose Nanocrystal Patches for Calcium Ion Sensing in Sweat”為題，于近日發(fā)表在Small期刊上。該工作的第一作者是大連化物所1824組博士研究生李瓊雅。上述工作得到國家自然科學(xué)基金、遼寧省興遼英才計劃、大連化物所創(chuàng)新基金等項目的支持。

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https://doi.org/10.1002/smll.202207932