论文信息：

Top-down approach for easy processing, cost-effective, biodegradable chiral photonic materials with spontaneous circularly polarized room-temperature phosphorescence activity

Hao Wang, Yi Qian, Qiongya Li, Yuchan Liu, Haijuan Qin, Zece Zhu, Wei Li, Fusheng Zhang*, and Guangyan Qing*

Chemical Engineering Journal, 2025, DOI: 10.1016/j.cej.2025.160357

原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894725011623?via%3Dihub

生物技术研究部生物分离与界面分子机制研究组（1824组）卿光焱研究员团队发表最新研究成果，通过创新性“自上而下”加工策略，将海洋生物废料直接转化为具有自发圆偏振室温磷光活性的光子壳聚糖纳米结构薄膜，为开发可持续圆偏振室温磷光材料的设计与多样性发展提供了新途径（图1）。

圆偏振室温磷光（CPRTP）这一新兴领域在诸多前沿应用中展现出巨大潜力，涵盖裸眼3D显示、圆偏振电子设备、生物手性成像、防伪以及光学数据存储等领域。尽管通过多种复合策略，在开发CPRTP材料方面已取得显著进展，例如将非手性磷光体限制在手性环境中、将手性磷光体限制在非手性环境中，以及构建螺旋双层复合薄膜，但这些策略均基于“自下而上”的方法，发展之路仍面临诸多挑战。这些挑战包括复杂的合成方案、可用材料范围有限、成本高昂、能量损耗大、老化速率不一致以及材料的持续稳定性问题。这些障碍凸显了对直接源自发光体的创新一体化CPRTP系统的迫切需求，该系统需在性能、加工简易性、可持续性和成本效益之间实现平衡。

图1 源自海产品生物废弃物的CPRTP发射薄膜制备示意图

        在本工作中，我们提出一种新颖的“自上而下”方法，通过精心设计的脱蛋白、脱矿物质和脱乙酰化过程，将海洋生物废料直接转化为高效的右旋CPRTP发射薄膜。由此制备的壳聚糖纳米结构薄膜（CNSF）呈现左手性向列结构以及增强的分子链刚性。这些薄膜展现出卓越的CPRTP发射特性，发光不对称因子gRTP值高达−0.34，磷光寿命（τPhos）达到331毫秒，量子产率（ΦPhos）达到7.23%（图2）。我们基于壳聚糖的体系性能显著超越已报道的“自下而上”的生物基方法，包括纳米纤维素与发光体的共组装。

图2 CNSF的CPRTP发射特性

图3 CNSF的综合表征以及不同来源甲壳素的CPRTP行为

图4 CNSF作为双功能指示的综合表征

    值得注意的是，该系统具有出色的柔韧性、卓越的生物降解性、令人满意的结构稳定性、多模态光学特性以及对环境刺激的响应性。我们的这一创新性“自上而下”加工策略通过使用其他几丁质衍生资源，应用于螃蟹壳角质层、龙虾壳和黑虎虾壳等材料，证明了光子CPRTP壳聚糖膜的广泛适用性（图3）。我们在概念验证演示中进一步展示了该材料的多功能性，它可作为兼具湿度指示与防伪功能的双用途CPRTP标签（图4）。这一创新既可以作为手性光学标签进行安全认证，从而增强防伪措施，又可以作为干燥剂指示剂，确保对湿度敏感的电子设备正常运行。我们的研究结果显著推动了可持续CPRTP材料的设计与多样性发展。