闫冰教授团队：受生物启发的HOF基发光皮肤传感器具有三重力致变色响应

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力致变色是一种改变光信号的能力，如发光颜色和强度、透明度、吸光颜色以响应外部机械刺激。目前，具有发光力致变色响应的柔性材料很少被报道，而同时具有拉伸、弯曲和压缩三种力致变色响应的力敏传感器件还没有报道过，因此，其也成为了力致变色领域的重大研究挑战之一。我院闫冰教授课题组以破解这一研究难点为导向，自2020年开展氢键有机框架晶态基元杂化材料的构筑及功能化，取得了系列进展(Adv. Funct. Mater.2021,31,2103321; Adv. Opt. Mater. 2022, 10, 2200451; Adv. Health. Mater. 2023, 12, 2203292; J. Mater. Chem. A 2021,9,26391-26400; 2022, 10, 15427-15437; 2023, 11, 4739-4750; J. Hazard. Mater. 2023, 441, 129865; Inorg. Chem. Front. 2022, 9, 3627-3635; J. Mater. Chem. C 2022, 10, 10320-10329; 2022,10,1212-1219)。

图1. (a) 皮肤传感器通过生物神经网络或人工神经网络转换生物电或光信号的示意图，以实现信号增强。(b) 蓝环章鱼（头足类）通过收缩或扩张色素细胞来改变皮肤颜色。(c)拉伸、弯曲和压缩三种力致变色过程。

         近期，该课题组合成了一例离子型氢键有机框架(HOF-TJ-1)蓝光材料，并通过阳离子交换的方法合成了具有红、黄、绿三种发光颜色的Dye@HOF材料。受蓝环章鱼的皮肤变色行为启发，团队提出了一种发光力敏仿生皮肤传感器的概念，即使用PDMS材料合成了四种HOF基具有三重力致变色响应的皮肤传感器（1−4）。在拉伸过程中，1−3的发光颜色从最初的蓝色变为红色、黄色、绿色，4表现出增强的蓝色发射。在0−40%的压缩应变下，1−4的蓝色发射增强。该传感器上层具有多孔结构，在拉伸，弯曲和压缩的过程中，1−4表现出了超低的检测限和极好的可重复性。通过有限元仿真模拟计算，三种力致变色响应（拉伸，弯曲和压缩）的机理得到了合理的解释。基于1的发光力致变色响应，团队还进一步实现了三种智能应用，即手指运动传感、手势识别和触觉增强的手掌信息收集。该工作以“Bioinspired HOF-based luminescent skin sensor with triple mechanochromism responses for recognition and collection of human biophysical signals”为题在线发表在《材料地平线》（Materials Horizons）上（https://doi.org/10.1039/D3MH00096F）。我院在读博士生徐鑫是论文第一作者，闫冰教授是通讯作者。该研究得到国家自然科学基金的资助和支持。
势识别应用
        这项工作为制备基于HOFs的全色彩发光力敏皮肤传感器提供了简便的合成方法，极大地扩展了发光力致变色响应的类型，丰富了发光力敏仿生皮肤传感器的应用。
        论文连接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2023/mh/d3mh00096f
        文章来源：同济大学
        闫冰，同济大学教授。1992年7月、1995年7月闫冰教授在哈尔滨工业大学获工学学士和工学硕士学位，1998年7月在中国科学院长春应用化学研究所 获理学博士学位(导师倪嘉缵院士和张洪杰院士)。1998年8月至2001年9月 香港城市大学研究助理；北京大学、舍布鲁克大学博士后研究员。2001年11月为同济大学化学科学与工程学院(原化学系)教授、博士生导师。入选教育部2008年度新世纪优秀人才支持计划，连续入选爱思唯尔 (Elsevier) 2014、2015、2016、2017年度中国高被引学者榜单(材料科学)。连续主持五项国家自然基金项目。作为通讯作者在被SCI收录的国际主流英文期刊发表学术研究论文400余篇，不完全统计所发表论文被SCI期刊他引8000余次，近期多篇入选ESI“Hot Paper”，多篇入选ESI“Highly Cited Papers”。授权发明专利30余项，H因子46。撰写英文专著1部、撰写英文专著专章1章、中文专著专章1章。在稀土光功能材料特别是稀土光功能杂化材料领域有系统的研究成果，系国际上在该领域的代表性研究组。