近日，西華大學食品與生物工程學院食品營養與安全團隊青年教師鄧科博士在國際Top學術期刊《Chemical Engineering Journal》 (Q1, IF: 13.2)發表題為“Bioinspired structural color striped pattern from scalable assembly”的研究論文。鄧科博士為該論文的第一作者及通訊作者， 2022級碩士研究生王亞飛為該論文的第二作者，西華大學為第一通訊單位，陳祥貴教授等團隊老師為本研究工作提供了重要指導和幫助。中國科學院深圳先進技術研究院潘浩波研究員和西南交通大學郭泰林教授為該論文的共同通訊作者。該研究工作得到了匿名審稿人的高度評價：“Based on interesting experimental phenomenon and strong scalability, this work would promote the wide application in sensing, artificial robots, anti-counterfeiting”。該研究工作得到了教育部春暉計劃研究項目（HZKY20220582）、西華大學校人才引進項目（Z211063）和四川省科技計劃（2682023ZTPY076, 2682020ZT80）等項目的支持。

表面條紋圖案在大自然中廣泛存在，如人的指紋、斑馬皮膚和蝴蝶翅膀等。作為許多生物的一個顯著特征，這些周期性的條紋圖案為生物體提供了偽裝、識別、繁衍和生存的能力。仿生設計并制備這些圖案在化學和生物學等相關領域具有重要的基礎研究和實際應用意義。目前，光刻，噴墨印刷，3D打印、自組裝和自生長等方法已被用于制備這些條紋圖案。其中，自組裝作為一種自下而上的溫和方法，是一種極具意義的表面圖案化技術。不同于傳統的結構色表面，仿生結構色條紋圖案不僅可以提供顏色信息，還可以提供條紋寬度、間距和條紋排布等幾何信息。此外，結構色條紋圖案表面還具有各向異性的表面輪廓。因此，仿生結構色條紋圖案在多模式識別、防偽、軟體機器和細胞操縱上極具意義。然而目前通過噴墨打印和自組裝還難以快速制備性質可調的可擴展結構色條紋，限制了其在相關領域的進一步應用。

針對以上問題，該團隊基于前期研究基礎設計了一種通過調控固液氣三相接觸線的快速移動在二維或復雜三維表面組裝納米顆粒的方法，實現了規整、可擴展和可調的結構色條紋制備。據了解，這是首次通過加速揮發自組裝在大面積基底上實現了結構色條紋的規整和可擴展生長。并且，通過在組裝表面整合高分子材料，得到了形貌、顏色、表面化學和環境刺激響應性能可調的反蛋白石結構色條紋。該研究將獲得的結構色條紋應用于防偽識別、軟體機器和干細胞操縱等領域，證明了該自組裝方法和相應的結構色條紋在相關領域的前景和應用價值。

研究亮點

• 利用三相接觸線在低壓下的快速移動實現結構色條紋的組裝。

• 低壓驅動了條紋的長程有序組裝。

• 納米顆粒可以在幾分鐘內在二維和三維表面形成性質可調的結構色條紋。

• 結構色條紋圖案在傳感、防偽、模擬結構色生物、干細胞操縱等領域具有應用價值。

圖文賞析

TOC圖? 結構色條紋的快速制備及其在模擬結構色生物和防偽識別的應用

反蛋白石結構色條紋的制備及其對溫度、EGCG濃度和乙醇濃度的響應行為

結構色條紋在軟體機器中的應用

不同顏色結構色條紋的組合作為動態防偽標簽

作者簡介

鄧 科，博士，西華大學講師。現主要從事水凝膠和顆粒組裝體的表界面設計及其在檢測、遞送和軟體機器領域的應用。主持教育部春暉計劃項目一項，曾參與科技部重點研發計劃等項目。曾榮獲深圳市南山區 “科學傳播貢獻獎”。近年來，相關研究工作以第一作者發表在Chemical Engineering Journal、ACS Applied Materials & Interfaces、International Journal of Biological Macromolecules、Journal of Membrane Science等雜志，已授權中國發明專利2項。

王亞飛，西華大學食品與生物工程學院2022級碩士研究生，研究方向為膠體顆粒自組裝和高分子材料微納結構設計。參與省部級科研項目和校級科研項目各1項，以學生一作在Chemical Engineering Journal（中科院一區）和Molecules（中科院二區）期刊共發表2篇文章，以第一作者在投文章1篇，已授權中國發明專利1項。

原文鏈接

https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.154910