近日，中國科學院大連化學物理研究所生物技術研究部生物分離與界面分子機制研究組（1824組）卿光焱研究員團隊設計并制備了一種用于汗液中鈣離子傳感的可持續、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。

在低碳循環經濟的倡導下，CNC作為一種生物基材料被迅速地開發，在電子、生物塑料、能源等領域被廣泛的應用，有望加速推進各領域的可持續發展。特別的是，CNC可以自發組織形成手性向列液晶結構，產生絢麗的光子結構色，這對可持續性光學和光學傳感的發展非常重要。然而，此類材料在潮濕或液體環境中的功能失效，不可避免地損害了它們在生物醫學、膜分離、環境監測和可穿戴設備中的發展。因此，通過簡單有效的手段使得CNC在液體環境下穩定存在，并實現功能化的應用非常重要。

本工作中，團隊發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，熱脫水使優化的CNC復合光子膜在水溶液中形成一個穩定的水凝膠網絡。研究發現，該水凝膠在干濕狀態之間可以可逆轉換，便于進行特定的功能化處理。團隊通過在液體環境下吸附溶脹引入功能化分子，得到了具有抗凍性（-20℃）、強粘附性、良好生物相容性、對Ca2+高靈敏度和高選擇性感應的水凝膠。該工作有望促進利用可持續纖維素傳感器監測其他代謝物（即葡萄糖、尿素和維生素等）的應用，并為在環境監測、膜分離和可穿戴設備中運行的數控水凝膠系統奠定了基礎。

卿光焱團隊長期致力于CNC手性功能化相關研究，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的有機聚合，實現高性能光子材料的合成，從而增強CNC基復合材料的彈性變形概念（Small，2022）；將強手性的CNC系統與強發光的稀土配合物進行結合，制備出攜帶四種光學信息的手性光子復合膜（Adv. Funct. Mater，2022）等。

相關研究成果以“Sustainable, Insoluble, and Photonic Cellulose Nanocrystal Patches for Calcium Ion Sensing in Sweat”為題，于近日發表在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基金、遼寧省興遼英才計劃、大連化物所創新基金等項目的支持。

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