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　　自然界中，許多生物體根據(jù)生存需要逐漸進(jìn)化出獨(dú)特的環(huán)境適應(yīng)行為，如海洋中的章魚、烏賊等頭足類軟體生物可以根據(jù)環(huán)境需要來自適應(yīng)調(diào)節(jié)皮膚顏色和圖案，以達(dá)到交流、偽裝等目的。在驚訝于頭足類生物皮膚神奇能力的同時(shí)，科研工作者也希望發(fā)展具有類似精確按需圖案顯示功能的人工合成軟材料，這類材料在傳感檢測、信息加密、柔性顯示、變色偽裝皮膚、軟體機(jī)器人等領(lǐng)域頗具應(yīng)用價(jià)值。

　　目前，人工合成的智能熒光材料主要是利用外界刺激調(diào)控特定熒光團(tuán)的化學(xué)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變或聚集結(jié)構(gòu)變化來呈現(xiàn)不同熒光圖案，受限于復(fù)雜的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和化學(xué)合成，且難以兼顧快速響應(yīng)、穩(wěn)定可逆、精確多色調(diào)控等需求，圖案顯示能力遠(yuǎn)落后于真實(shí)的頭足類生物皮膚。對比研究發(fā)現(xiàn)，造成這種差別的重要原因是生物體采用完全不同的顏色顯示策略，例如，頭足類生物感知外部環(huán)境變化后，會立刻通過神經(jīng)沖動控制皮膚肌肉細(xì)胞收縮/舒張，引起特定色素細(xì)胞的伸展/收縮，從而同步地呈現(xiàn)出豐富的色彩和圖案（圖1左）。這促使科研團(tuán)隊(duì)思考，人工變色體系是否可以整合這種機(jī)械調(diào)控?zé)晒鈭F(tuán)分布的機(jī)制，以及如何開發(fā)出更為先進(jìn)的智能熒光顯示材料和系統(tǒng)。

　　圖1.頭足類動物變色機(jī)理（左）和“光-機(jī)械運(yùn)動”調(diào)制熒光系統(tǒng)設(shè)計(jì)示意圖（右）

　　中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所智能高分子團(tuán)隊(duì)基于在智能熒光高分子凝膠的仿生構(gòu)筑及其功能調(diào)控方面的研究基礎(chǔ)（Adv. Funct. Mater., 2021, In Press；Angew. Chem. Int. Ed., 2021, 60, 21890；ACS Nano, 2021, 6, 10415；Cell Rep. Phys. Sci. 2021, 2, 100417；Aggregate, 2021, 1, e37；Adv. Intell. Syst. 2021, 2000239；Angew. Chem. Int. Ed., 2021, 60, 8608；Angew. Chem. Int. Ed., 2019, 58, 16243；Adv. Funct. Mater., 2019, 29, 1905514；Adv. Funct. Mater., 2018, 28, 1704568等），創(chuàng)新性提出了一種“光控多色熒光凝膠驅(qū)動”調(diào)制的智能圖案顯示系統(tǒng)，如圖1右所示，該系統(tǒng)的核心是由二維碳納米管（CNTs）薄膜、聚二甲基硅氧烷（PDMS）薄膜和多色熒光高分子凝膠通過層層復(fù)合得到的非對稱近紅外光響應(yīng)熒光驅(qū)動器。具有光熱效應(yīng)的CNTs層作為信號“處理器”，可將輸入的近紅外光刺激有效地轉(zhuǎn)換為熱量，并傳遞給相鄰的PDMS層。由于PDMS層發(fā)生熱膨脹，整個(gè)驅(qū)動器將自發(fā)地向熒光凝膠層彎曲，與定制圖案顯示面板匹配后，即可在器件頂部同步表現(xiàn)出動態(tài)可逆的多色熒光圖案變化。研究遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)近紅外光功率，同一器件可在相同時(shí)間內(nèi)獲得多種不同的熒光圖案或信息（圖2）。基于其精確的遠(yuǎn)程時(shí)空調(diào)控能力、“單輸入、多輸出”的優(yōu)勢以及對熒光材料的普適性，該類智能熒光顯示系統(tǒng)有望在智能變色畫、信息加密、動態(tài)偽裝等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用，并為多功能仿生變色材料的設(shè)計(jì)提供新思路。

　　圖2.動態(tài)多色熒光圖案/信息的按需顯示

　　近日，相關(guān)研究成果以Cephalopod-inspired design of photo-mechanically modulated display systems for on-demand fluorescent patterning為題，發(fā)表在Advanced Materials（DOI：10.1002/adma.202107452）上，并被選為Editor's Choice article。研究工作得到國家自然科學(xué)基金、中科院前沿科學(xué)重點(diǎn)研究計(jì)劃、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、中科院青年創(chuàng)新促進(jìn)會、中德合作國際交流項(xiàng)目和王寬誠教育基金等的支持。

　　來源： 中國科學(xué)院官網(wǎng)、寧波材料技術(shù)與工程研究所