近年来，中国科学院宁波材料技能与工程研究所智能高分子材料课题组研究员陈涛与路伟致力于智能荧光高分子水凝胶的研究（Cell Reports Physical Science 2021, 2, 100417；Aggregate 2021, 1, e37；Advanced Intelligent Systems 2021, 2000239；Angewandte Chemie International Edition 2021, 60, 8608；Angewandte Chemie International Edition 2021, 60,3640；Angewandte Chemie International Edition 2019, 58, 16243；Advanced Functional Materials 2019, 29, 1905514；Advanced Functional Materials 2018, 28, 1704568等）；该团队在基于碳材料的高分子复合体系研究方面也取得了进展（Nature Communications 2020, 11, 4359；ACS Nano 2019, 13, 4368；Nano Energy 2019, 59, 422；Journal of Materials Chemistry A 2018, 6, 10217；Chemical Communications 2018, 54, 12804；Chemical Communications 2017, 53, 1949；Chemistry of Materials 2016, 28, 7125等）。
近期，受到自然界生物掌握皮肤颜色变革策略的启示，如头足类动物对色素细胞的选择性激活常日是由神经系统（生物电）掌握的，匆匆使科研团队思考，是否有可能将电刺激引入多色荧光水凝胶体系中。
如果可以，那么，可以实现“无刺激残留”以及远程和局部地掌握变色过程，也可为进一步的系统掌握与集成供应便利，例如，可将所制备的变色器件作为仿生皮肤方便地集成到商业电控机器人中，以实现空想的伪装、显示或报警功能。

基于此，该研究设计并制备了一种具有非对称构造的电控荧光色变水凝胶-石墨烯体系，通过电热调控实现了多种荧光颜色的灵巧掌握。
如图1所示，将荧光高分子水凝胶、荧光漆、导电纸以及电极通过层层复合得到非对称水凝胶-石墨烯体系。
在该设计中，通过水/空气界面自组装制备单面具有堆叠石墨烯膜的导电纸。
将赤色稀土铕合营物、绿色稀土铽合营物或具有AIE性能的蓝色萘酰亚胺类荧光团作为发光中央引入聚N-异丙基丙烯酰胺（PNIPAM）基水凝胶中制备温敏性多色荧光高分子水凝胶。
利用碳基薄膜层在通电时产生的焦耳热，勾引温敏性荧光水凝胶层发生可逆相变，使透光率急剧低落，对下层荧光漆的大部分入射光和发射光进行遮挡，同时水凝胶的荧光强度显著增强，从而使原来荧光水凝胶层与荧光漆层的叠加色变为顶层水凝胶的荧光色，颜色发生明显改变。
通过调节水凝胶层和荧光漆层的颜色组合可以实现多种荧光颜色的变革。
该电热刺激过程不该用任何化学刺激物，是一种空想的“无刺激残留”的相应办法，且易于掌握和调节，能够实现远程和局部掌握。
基于水凝胶-石墨烯体系精良的电控变色的性能，进而构建了柔性仿生皮肤用于模拟生物体皮肤的生理功能，可以帮助商用机器人实现伪装和显示（图2）。
进一步，将所制备的仿生皮肤与传感器相连接，通过级联过程，仿照警报水母的变色警报过程（图3）。
该研究构筑的具有伪装、显示和警报能力的水凝胶基仿生变色皮肤，有望使商用机器人在自然环境中更好地实行探索、检测乃至接济任务。

干系研究成果以Promotion of Color-Changing Luminescent Hydrogels from Thermo to Electrical Responsiveness toward Biomimetic Skin Applications为题，揭橥在ACS Nano（DOI：10.1021/acsnano.1c02720）上。
研究事情得到国家自然科学基金、中德互助国际互换项目、中科院前沿科学重点研究操持、中科院青年创新促进会和王宽诚教诲基金等的支持。

图1.电热调控荧光色变水凝胶-石墨烯体系的构造示意图

图2.仿生皮肤的运用，可以帮助商用机器人实现伪装和显示功能

图3.仿生皮肤的运用，可以帮助人造警报水母实现动态警报功能

来源：中国科学院宁波材料技能与工程研究所