《Acc. Chem. Res.》宁波材料所陈涛团队：模仿变色有机体以实现智能荧光聚合物水凝胶的多色和多功能
概论
荧光聚合物水凝胶 (FPH) 对各种新兴应用具有重要意义，例如可视化传感、智能显示、伪装皮肤、软致动器/机器人，因为它们可以协同经典荧光聚合物和水凝胶的特性。 在过去几十年的努力下，该领域的主要挑战被认为不是是否可以制备给定的感兴趣的 FPH，而是如何制造具有多色可调性和多功能协同作用的稳健 FPH。这种材料在概念上将最大限度地减少被动材料对最终系统的质量和尺寸的贡献，具有促进多种应用的巨大潜力。为此，一种有希望的方法是向大自然学习，大自然拥有卓越的能力来锻造精致或有时超乎想象的材料。变色龙和头足类动物是典型 的例子，它们不仅以在不断变化的环境需求下具有多样化的肤色适应性而闻名，而且还具有协同的肤色和身体姿势变化以进行交流、警告、伪装等。生物学研究揭示了它们的结构变色能力来源于不同类型的皮肤色素细胞及其在皮下组织中的合理多层排列。此外，它们将具有不同功能的软组织异构集成到拓扑优化架构中的卓越能力导致了各种多功能性能。如果在人工系统中复制和实施这种自然策略，将显着受益并推动针对各种应用的稳健 FPH 的开发。
在该综述中， 作者总结了主要由我们的团队实现的智能 FPH 的主要进展。首先介绍了结构变色爬行动物皮肤色素细胞独特的分层多层结构，然后深入讨论了生物灵感和人造设计的合理结合如何使荧光变色范围大大扩展成为可能智能 FPH 几乎覆盖整个可见光谱。 然后，为了密切模仿变色龙和头足类动物的多功能行为，进一步开发了有效的策略来引入超分子相互作用或将智能 FPHs 与其他具有不同功能的软材料异质整合，从而生产出许多多功能荧光聚合物水凝胶系统。这些强大的 FPH 可以找到许多前沿应用，包括受生物启发的协同颜色/形状可 切换水凝胶执行器 /机器人、具有按需荧光图案化能力以显示或信息加密的智能系统，以及用于重要食品或环境分析物的强大化学传感器。 作者 希望 该综述 中的讨论能够促进对自然界变色系统的更好理解，并推动仿生变色材料的开发。
图 1. (a) 变色爬行动物的照片和多层皮肤的侧视图。(b) 插图显示黄原细胞 (X)、虹彩细胞 (I) 和黑素细胞 (M) 组织成垂直的多层结构。
图 2. (a) 一种通过无规共聚的经典 FPH 和 (b) 我们的仿生半 IPN FPH 的结构示意图。（c）随着 AIEgen 浓度的增加，这种半 IPN 水凝胶的荧光光谱。(d) 显示 NaOH 触发的连续荧光颜色变化和相应荧光光谱的照片。
图 3. (a)仿生 core@shell FPH 的结构示意图。(b) 其响应不同环境刺激的荧光光谱和 CIE 1931 色度图中显示的颜色变化。(c)相应的照片。
相关论文以题为 Mimicking Color-Changing Organisms to Enable the Multicolors and Multifunctions of Smart Fluorescent Polymeric Hydrogels 发表在 《 Acc. Chem. Res. 》上。通讯作者 是 中科院宁波材料所 陈涛研究员 。
参考文献：
doi.org/10.1021/acs.accounts.2c00320
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