近日，我院金勇教授團隊受到自然界生物皮膚的啟發，利用少量化學物質，制備了一種具有多重監測、抗菌、自愈合、防凍功能的機致變色/機電響應的光電雙傳感離子皮膚(DSI-skin) (如圖1所示)。相關研究成果以我院為第一單位發表在國際著名期刊《Journal of Materials Chemistry A》上，題為“Highly synergistic, electromechanical and mechanochromic dual-sensing ionic skin with multiple monitoring, antibacterial, self-healing, and anti-freezing functions”(2021，9，23916-23928)。我院博士研究生白龍為本文第一作者，其導師金勇教授為通訊作者。該項研究得到了國家自然科學基金及四川省科技支撐計劃等項目的資助。
圖1. 具有多重監測、抗菌、自愈合、防凍功能的機致變色/機電響應的光電雙傳感離子皮膚(DSI-skin)
DSI-skin仿生離子皮膚是在含有羧酸根的水凝膠三維網絡中，通過引入Al3+離子來賦予材料離子傳導能力，并利用高取代的羥丙基纖維素(H-HPC)形成膽淄相液晶結構色賦予材料靈敏的變色能力，從而首次實現了同時光電雙模式響應拉伸、壓力和濕度，不僅能夠通過電阻的變化顯示電信號，而且可以通過調節液晶相的螺距來反映鮮艷的視覺信息，具備數字化、可視化地監控人體運動和呼氣的功能。同時借助Al3+離子和H-HPC的高度協同效應，實現了快速的顏色調控(426-641nm)、出色的抗菌(Log Reduction＞3.43)、自愈(85.0% efficiency)和抗凍(-15℃)等功能特性。這些實用的功能延長了材料使用壽命，擴大了其在許多領域的實際應用。該研究結果將為高性能仿生皮膚、可穿戴設備和生物傳感器制造提供必要的設計指導。
研究團隊還針對有毒重金屬離子（特別是重金屬鎘離子和鉛離子）引起的水污染問題，利用皮革領域常見的明膠以及生物源硫辛酸作為原料，并結合功能化修飾石墨烯量子點熒光納米材料研制了一類可同時用于裸眼和熒光雙模式檢測及吸附處理水體中鎘離子和鉛離子的多功能凝膠材料（P(TA-MBA-GQDs)/Ge DN凝膠）(如圖2所示)，具有自愈能力、可加工再生能力、生物降解性和生物相容性。相關研究成果以我院為第一單位發表在國際著名期刊《Chemical Engineering Journal》上，題為“Tailoring multifunctional gel for sensitive naked-eye and fluorescence dual-mode detection and effective adsorption of cadmium (Ⅱ) and lead (Ⅱ) ions in water”(2022，429：132367)。我院博士研究生賴雙權為本文第一作者，其導師金勇教授為通訊作者。該項研究也得到了國家自然科學基金及四川省科技支撐計劃等項目的資助。
圖2. P(TA-MBA-GQDs)/Ge DN多功能凝膠可同時靈敏進行裸眼/熒光雙模式檢測并高效吸附鎘、鉛離子
研究團隊通過精心的設計，利用甲基丙烯酸縮水甘油酯對課題組先前所報道過的石墨烯量子點進行了功能化修飾以利于其能夠穩定地共價交聯固定到凝膠基材中，并通過合理的選擇生物質明膠和生物源硫辛酸作為雙重網絡構建了如上圖所述的凝膠材料。該凝膠在吸附鎘離子/鉛離子后，石墨烯量子點的熒光會出現相應的增強/猝滅，而明膠的熒光卻不會發生明顯的改變，致使凝膠在吸附鎘離子/鉛離子后會呈現出青色至黃綠色/藍紫色的熒光顏色轉變并伴隨明顯的熒光強度變化，從而首次實現了同時靈敏裸眼/熒光雙模式檢測鎘離子和鉛離子，對鎘離子和鉛離子的檢測線性范圍可控制在0.02-0.24 μmoL之間。同時，由于含有大量的活性吸附位點，該凝膠還能夠有效的吸附水中的鎘離子和鉛離子，最大吸附容量分別可達194.553和259.067 mg/g，均超過了先前報道的凝膠吸附材料。此外，該凝膠具有優異的自愈能力、可再加工性、生物降解性和生物相容性，在實際應用中可延長其使用壽命并可防止其在棄用時造成二次污染。本研究不僅為同時靈敏檢測和有效去除水中的鎘離子和鉛離子開發了一個多功能平臺，而且為未來研究制備用于監測和凈化重金屬污染水的多功能材料提供了一種創新性設計策略。
論文鏈接：
https://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2021/TA/D1TA06798B
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894721039450#f0050
