1.研究背景

在低碳循环经济的倡导下，生物基材料被迅速开发，以加速各工业部门的可持续性。纤维素纳米晶体（CNC）作为其中的一种，在可再生光学、电子、生物塑料和能源领域具有独特的吸引力。然而，由于CNC的刚性结构，其衍生材料的水稳定性和机械性能通常不足以满足实际应用。除此之外，研究其光子结构在高湿度或水环境中的兼容性和功能化同样重要，这将促进其在生物医学、膜分离、环境分析和可穿戴设备等新领域的繁荣和发展。

2.文章概述

近日，由中国科学院大连化学物理研究所卿光焱团队开发了一个简单而有效的氢键重建途径，通过优化硬强化CNC与软聚乙烯醇（PVA）的组合来制造一种坚韧的水凝胶。值得注意的是，这种水凝胶在干燥和水合状态之间的动态转换使其很容易通过膨胀吸收能力进行特定功能化。当海藻酸钠（SA）被引入该水凝胶网络时，所制备的水凝胶展示了抗冻性（–20℃）、强粘附性、令人满意的生物相容性和高灵敏度和选择性的Ca²⁺感应等综合特性。该研究为CNC的功能化研究提供了一种新思路。

3.图文概述

图1解说：用于汗液Ca²⁺传感的不溶性CNC衍生水凝胶的设计概念。a. 通过蒸发诱导自组装 (EISA) 方法制备的手性向列CNC/PVA薄膜，溶解在水环境中。相比之下，经过热处理的CNC/PVA薄膜 (T-CNC/PVA) 在水中可逆溶胀，形成水凝胶网络。b. SA功能化T-CNC/PVA贴片 (T-CNC/PVA−SA) 的示意图。

图2解说：a. 不同温度下CNC、PVA和水分子之间的分子间氢键相互作用示意图。b, c. 20-100℃处理的CNC/PVA薄膜的放大原位红外光谱。d-g. 分别在不同温度下处理的CNC/PVA薄膜的2Dcos同步和非同步光谱。

图3解说：a. 水凝胶对Ca²⁺反应的示意图。b. 水凝胶在不同浓度Ca²⁺溶液反应的电流-电压曲线。c. 电流和浓度的关系曲线。d. 不同位置的水凝胶对Ca²⁺的响应能力。e. 评价水凝胶对不同离子的选择性能力。f. 各种Ca²⁺响应材料的选择率与检测极限（LOD）的比较。

图4解说：a, b. 该水凝胶的粘附性评估。c, d. 水凝胶的细胞毒性评估。g. 汗水浸湿贴片的照片。h-k. 在跑步时，贴在手背上的贴片分别在不同的湿度环境下对人体汗水中的Ca²⁺趋势进行实时监测。i. 水凝胶贴片粘附在不同部位的Ca²⁺曲线变化图。m-p. 五分钟的跑步和其他运动的Ca²⁺损失量。

4.结论

这种独特的策略将高韧性、粘附性、生物相容性和干湿状态之间的可逆转换等优点结合到一个迷人的光子水凝胶中。它极大地促进了CNC衍生的光子材料的发展，用于多功能和高端的可穿戴传感器，可以在潮湿或液体环境中保持稳定。这项工作可以促进使用可持续纤维素传感器监测其他代谢物（即葡萄糖、尿素和维生素等）的应用，并为在环境监测、屏障分离和可穿戴设备中运行的水凝胶系统奠定了坚实的基础。

论文信息：

Sustainable, Insoluble, and Photonic Cellulose Nanocrystal Patches for Calcium Ion Sensing in Sweat

Qiongya Li, Chenchen He, Cunli Wang, Yuxiao Huang, Jiaqi Yu, Chunbo Wang, Wei Li, Xin Zhang, Fusheng Zhang,* and Guangyan Qing*

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DOI: 10.1002/smll.202207932

原文链接：https://doi.org/10.1002/smll.202207932