中国科学技术大学李闯教授AFM：“向光自生长”智能水凝胶

主要观点总结

中国科学技术大学李闯团队在《先进功能材料》发表最新研究，成功开发出基于三氰基呋喃（TCF）的光开关水凝胶。该材料在光与pH协同刺激下，可表现出可逆的向光或背光弯曲变形，首次在合成材料中实现类似植物的“向光自生长”智能行为。

关键观点总结

关键观点1: 研究背景

现有材料多依赖非光刺激触发生长，难以实现光驱动的定向变形与自生长协同效应。

关键观点2: 研究成果

团队成功开发出基于TCF的光开关水凝胶，该材料在光与pH协同刺激下，可通过分子异构化促进体积溶胀，实现永久性宏观生长。更重要的是，水凝胶可表现出可逆的向光或背光弯曲变形，首次在合成材料中实现类似植物的“向光自生长”智能行为。

关键观点3: 分子开关设计

研究团队设计了TCF光开关分子，包含三种主要异构体，具有光与pH的精准响应能力。

关键观点4: 动态荧光特性

TCF分子的光响应特性延伸至材料应用层面，团队制备了TCF功能化有机凝胶，展现出可逆荧光变色能力，为信息存储与加密提供了新思路。

关键观点5: 生长机制与异质生长

水凝胶的生长机制源于电荷变化，协同刺激可触发均质生长。单侧光照可诱导非均匀生长，通过调整光强或pH，可精确控制弯曲角度与生长速率。

关键观点6: 仿生应用

研究展示了三类仿生场景，包括水凝胶“种子”模拟破土萌芽、水凝胶“作物”群体协同向光生长以及水凝胶“向日葵”的协同生长演示。

关键观点7: 未来展望

该研究为软体机器人、光自适应材料及环境传感器提供了全新平台。未来可通过提高TCF接枝密度、缩小材料尺寸等方法进一步加速生长速率。

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