对组织温和，信号传输能力强：通过氧化化学气相沉积技术制备适用于组织的压力传感导电水凝胶

《Materials Today Chemistry》：Soft on tissue, strong on signal: Enabling tissue compatible pressure sensing conductive hydrogels via oxidative chemical vapor deposition

刺激响应材料双发射与双颜色特性研究；通过迷你乳液聚合制备了化学改性PMMA纳米粒子，含SPEMA/7-AC共聚结构，实现紫外可见光响应的荧光共振能量转移（FRET），发光模式随波长变化可逆切换，应用于防伪墨水及动态信息加密。

　　这项研究聚焦于开发一种具有可调颜色和荧光发射特性的新型刺激响应材料，特别适用于高精度防伪墨水的动态信息加密。研究人员通过化学修饰聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）并引入不同比例的两种关键成分——螺吡喃乙基甲基丙烯酸酯（SPEMA）和7-乙酰氧基香豆素（7-AC），成功制备了双发射、双色的聚合物纳米颗粒。这种材料不仅能够根据外界刺激（如光照）实现颜色和荧光状态的可逆切换，还具备优异的稳定性和应用潜力，为智能防伪技术提供了新的思路。

在材料设计方面，研究人员首先通过取代核反应合成了7-AC和SPEMA这两种重要的光响应染料。具体而言，7-AC是由7-羟基香豆素与丙烯酰氯反应得到，而SPEMA则是通过将羟乙基螺吡喃与甲基丙烯酸酐反应制备而成。这两种染料均具有独特的光学性质，其中7-AC在受到激发时会发出荧光，而SPEMA则能在紫外光和可见光的交替照射下发生可逆的异构化反应，从闭环结构（SP）转变为开环结构（MC），这一过程伴随着颜色和荧光特性的显著变化。通过将这两种成分引入到PMMA中，研究人员构建了一个复杂的光响应系统，使得纳米颗粒在不同刺激条件下能够表现出多种颜色和荧光状态。

为了验证材料的合成过程和性能，研究人员采用了多种分析手段。傅里叶变换红外光谱（FTIR）、紫外-可见吸收光谱（UV–vis）和核磁共振光谱（¹H NMR）用于确认7-AC和SPEMA的化学结构以及它们在聚合物中的成功引入。这些分析结果显示，7-AC和SPEMA的引入效率超过了96%，表明其在聚合物基质中的均匀分布和有效结合。此外，扫描电子显微镜（SEM）和动态光散射（DLS）分析进一步确认了纳米颗粒的形态和尺寸。所有样品均呈现出光滑、球形的结构，粒径分布在50至100纳米之间，这种微小的尺寸不仅有利于其在防伪墨水中的应用，也增强了其在光响应过程中的性能表现。

热重分析（DSC）结果显示，当引入具有芳香结构的刚性染料时，PMMA的玻璃化转变温度（T_g）提高了6摄氏度。这一变化表明，染料的引入对聚合物的热行为产生了影响，可能与其在聚合物链中的物理状态或化学结合方式有关。提高的T_g意味着材料在更高温度下仍能保持其结构的稳定性，这对实际应用中的环境适应性具有重要意义。

在光响应性能方面，研究团队利用UV–vis和荧光光谱分析技术观察到了SPEMA在不同波长光照下的可逆异构化过程。当纳米颗粒受到紫外光照射时，SPEMA从闭环结构转变为开环结构（MCEMA），这一过程伴随着荧光特性的显著变化。同时，7-AC在被激发后，能够将能量通过荧光共振能量转移（FRET）传递给相邻的MCEMA分子，从而实现双发射的荧光特性。这种FRET机制不仅增强了材料的光响应能力，还使得其在不同光照条件下能够表现出多种颜色，如蓝色、红色、无色和紫色等。研究人员进一步优化了SPEMA与7-AC的比例，使得FRET效率达到最高，从而提升了材料的动态信息加密能力。

为了进一步提高材料的实用价值，研究团队对具有最佳FRET效率的纳米颗粒进行了环氧基团的功能化处理。这种处理不仅增强了材料的机械性能，还使其能够更稳定地应用于防伪墨水中。通过将这些纳米颗粒作为墨水成分，研究人员成功制备出一种具有可调荧光发射和颜色变化的高精度防伪墨水。这种墨水在不同波长的光照下能够呈现出多种颜色和荧光状态，从而实现了多层次的动态信息加密。这种特性对于防伪技术而言至关重要，因为它可以有效防止伪造和篡改，同时为信息的隐藏和识别提供了更多可能性。

除了防伪应用，这种双发射材料还具有广泛的应用前景。例如，在智能传感器领域，材料的颜色和荧光变化可以用于检测特定的环境条件或化学物质。在光电设备中，其可调的光学特性可以用于开发新型的光存储和显示技术。此外，在生物医学领域，这种材料可以用于构建具有响应性的生物标记物，用于细胞成像、药物释放或生物传感等应用。由于其结构的灵活性和功能的可调性，这种材料在多个领域都展现出巨大的潜力。

在材料制备过程中，研究人员采用了微型乳液聚合技术，这是一种能够有效控制纳米颗粒尺寸和形貌的聚合方法。通过调整SPEMA和7-AC的比例，研究人员能够制备出具有不同光学特性的纳米颗粒，这为后续的性能优化和应用拓展提供了重要的基础。此外，通过将这些染料化学键合到聚合物基质中，研究人员有效避免了物理掺杂可能带来的问题，如相分离、聚集、光漂白和降解等。这种化学键合的方式不仅提高了材料的稳定性，还增强了其在不同环境下的适用性。

值得注意的是，尽管已有多种光响应材料被用于防伪和信息加密，但目前大多数研究仍然局限于单一的光响应机制或单一的荧光发射状态。相比之下，本研究开发的双发射、双色纳米颗粒在光响应能力和信息加密层次上实现了显著突破。通过将两种不同的光响应成分结合到同一个纳米颗粒中，研究人员不仅拓展了材料的光学性能，还使其能够在更复杂的环境中表现出更丰富的信息变化。这种多层动态信息加密的能力，使得材料在防伪领域具有更高的安全性和可识别性。

此外，研究团队还强调了这种材料在实际应用中的优势。首先，其可调的颜色和荧光特性使得防伪信息能够更加隐蔽和复杂，从而提高了防伪的难度。其次，由于材料在光照下的可逆响应，其可以用于动态显示和信息更新，这在某些需要实时反馈的应用中具有重要意义。例如，在电子标签或智能包装中，这种材料可以用于展示实时状态信息，如温度、湿度或光照条件等。最后，这种材料的高稳定性和长寿命也为其在实际应用中提供了保障，减少了频繁更换或维护的需求。

从研究方法的角度来看，本研究采用了系统化的实验设计和分析手段，确保了材料的性能能够被全面评估。通过对比不同比例的SPEMA和7-AC对材料性能的影响，研究人员能够确定最佳的组合比例，从而实现最佳的光响应和FRET效率。同时，通过多种表征技术的综合应用，如FTIR、UV–vis、¹H NMR、SEM、DLS和DSC，研究人员能够从分子结构、物理形态、热行为和光学性能等多个方面全面分析材料的特性，为后续的优化和应用提供了坚实的理论基础和实验依据。

在实际应用方面，这种材料的可调性和稳定性使其成为开发新一代防伪墨水的理想选择。传统的防伪墨水往往依赖于固定的图案或颜色，容易被复制或篡改。而本研究开发的纳米颗粒墨水则能够在不同光照条件下表现出多种颜色和荧光状态，这种动态变化不仅增加了防伪的复杂性，还使得信息的加密和解密更加安全和高效。此外，由于材料能够被功能化处理，其还可以与其他材料或技术相结合，进一步拓展其应用范围。例如，通过引入不同的官能团，这种材料可以用于构建多功能的智能材料，如光响应型药物载体、环境监测传感器或数据存储设备等。

综上所述，这项研究不仅成功开发了一种具有可调颜色和荧光发射的新型刺激响应材料，还通过系统的实验设计和多方面的性能分析，证明了其在防伪和信息加密领域的巨大潜力。该材料的动态响应特性使其在多个应用领域中具有广阔的发展前景，同时也为未来的材料设计和应用研究提供了重要的参考价值。随着相关技术的不断进步，这种材料有望在实际应用中发挥更大的作用，为智能防伪和信息加密技术带来新的突破。