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，例如變色龍、樹蛙、章魚等變色生物可以根據(jù)環(huán)境需要來自適應(yīng)改變皮膚顏色和圖案，以達(dá)到交流、偽裝等目的。受此啟發(fā)，科研工作者希望通過設(shè)計(jì)智能人工材料（特別是類生物組織的軟、濕態(tài)高分子水凝膠材料）來復(fù)制生物體的環(huán)境刺激響應(yīng)變色行為。仿生智能變色水凝膠新材料的發(fā)展有助于理解自然界的生物變色現(xiàn)象，并有望在傳感檢測(cè)、柔性顯示、變色偽裝皮膚、軟體機(jī)器人等領(lǐng)域發(fā)揮應(yīng)用價(jià)值。

　　與源于對(duì)外界光的吸收、反射或散射而產(chǎn)生的色素色或結(jié)構(gòu)色不同，熒光色是一種發(fā)光色，色飽和度高，適用于夜晚、森林、海洋、河流等照明不足的環(huán)境，因此被認(rèn)為是色素色和結(jié)構(gòu)色的良好補(bǔ)充。然而，與能夠在不同外界刺激環(huán)境中呈現(xiàn)豐富皮膚顏色變化的變色龍等生物相比，科研人員制備的多色熒光高分子水凝膠在外界刺激下的發(fā)光顏色變化范圍仍較窄，難以利用單一水凝膠實(shí)現(xiàn)多重刺激響應(yīng)的寬范圍熒光顏色變化。

　　為此，中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所智能高分子材料團(tuán)隊(duì)基于前期基礎(chǔ)研究，提出了精確控制不同熒光團(tuán)空間分布結(jié)構(gòu)以實(shí)現(xiàn)高分子水凝膠熒光顏色有效調(diào)控的新策略。最近，寧波材料所研究人員和中科院過程工程研究所研究員周蕾團(tuán)隊(duì)合作，發(fā)展高分子水凝膠的分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，將聚集誘導(dǎo)發(fā)光的取代萘酰亞胺型藍(lán)色熒光團(tuán)和稀土配位型紅、綠色熒光團(tuán)分別引入同一水凝膠體系的不同高分子交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中（如圖）。得益于這一創(chuàng)新材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，萘酰亞胺型藍(lán)色熒光團(tuán)和稀土配位型紅、綠色熒光團(tuán)的發(fā)光強(qiáng)度可以分別利用不同外界刺激進(jìn)行獨(dú)立且連續(xù)的調(diào)控，從而實(shí)現(xiàn)多重刺激（溫度、pH、溶劑、離子、光等）響應(yīng)的紅、綠、黃、藍(lán)、紫多色熒光變化。該工作顯著拓寬了高分子水凝膠的熒光變色范圍，有望應(yīng)用于智能變色偽裝皮膚、仿生智能軟體機(jī)器人等重要領(lǐng)域。

　　該工作以Supramolecular Hydrogel with Orthogonally Responsive R/G/B Fluorophores Enables Multi-color Switchable Biomimetic Soft Skins為題，發(fā)表在Advanced Functional Materials上。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)劃項(xiàng)目、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、中科院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)和王寬誠教育基金等的支持。

　　高分子水凝膠的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)示意圖和多重刺激響應(yīng)熒光變色圖