剑桥大教：纤维素和明胶造备机器变色、布局着色和可食用的水凝胶
【择要】
羟丙基纤维素 (HPC) 是一种可食用、经济高效且应用遍及的纤维素衍生物。在水中的溶致条件下，HPC 形成具有特别机器变色相应的光子液晶中心相。然而，因为物理交联不敷，光子 HPC 可以作为粘性液体自由流淌，防备在没有任何外部封装或布局限定的情形下使用这种机器变色质料。
近来，剑桥大学Silvia Vignolini传授团队通过在水中混淆 HPC 和明胶以形成自支持、粘弹性和可食用的超分子光子水凝胶来办理这一挑衅。效果评释，溶致 HPC 溶液的布局着色、机器变色和非牛顿剪切稀化举动都可以保存为凝胶状态。别的，与仅液体 HPC-水体系相比，HPC-凝胶的刚性提供了收缩 69% 的机器致变色弛豫时间规复其初始颜色，相应压缩压力将 HPC 的动态颜色范畴扩约莫 2.5 倍。最终，以可扩展的方法仅从水和“食等级”身分配制 HPC 凝胶的本领开启了遍及的潜伏应用，从相应可调的机器变色质料和无着色剂食品装饰，到短期传感器比方，用于食品包装的可生物降解“智能标签”。相干论文以题为Mechanochromic, Structurally Colored, and Edible Hydrogels Prepared from Hydroxypropyl Cellulose and Gelatin颁发在《Advanced Materials》上。
【主图导读】
图1 HPC-水（左）和 HPC-凝胶（右）的赤色、绿色和蓝色样品，分别对应于 36、34 和 32 wt% 的水；均含有 0.005 wt% 苯胺黑。a) 样品包罗在 6 毫米厚的橡胶 O 型圈内，用环氧树脂胶密封在载玻片之间。圆圈的直径为 20 毫米。b) Falcon 管 (50 mL) 中的样品颠倒安排 48 小时。c) 安排在两个载玻片之间的独立样品，并在重力下静置至少 1 分钟。色比例尺为1厘米。
图2 在 20 °C 下记载的 HPC-水（实线）和 HPC-凝胶（虚线）样品的流变扫描曲线随着含水量的低落而低落。每个图表现了三个运行的均匀值，每个点的尺度毛病由偏差线给出。
图3 a,b) 明场显微镜图像比力 HPC-水 (a) 和 HPC-凝胶 (b) 的光学表面以增添水含量 (wt%)，并通过右旋圆偏振滤光片成像。白色比例尺为 50 µm。c) HPC-水（实线）和 HPC-凝胶（虚线）的相应显微光谱。每条曲线是每个样本的三个光谱的均匀值，并在差别位置收罗。
图4 a,b) HPC-水（紫色圆圈）和 HPC-凝胶（赤色十字）的赤色样品在可比压缩下的内插机器变色规复，以及在与 HPC-水可比颜色改变下的 HPC-凝胶（棕色菱形），绘制就色调的肯定改变 (ΔHue) (a) 和自归一化到记载的最大色调 (b) 而言。时间常数 τ 表现感兴趣地区内的全部像素衰减到其原始值的 1/e ≈ 36.8% 所需的时间。每个图是两个可比力试验的均匀值。c) 色压图表现了在差别幅度压缩时记载的 HPC-gel 的最大 ΔHue 和相应的τ。
【总结】
遍及利用且具有生物相容性的构建块已联合在易于扩展的配方历程（行星离心混淆）中，以生产布局着色的 HPC-明胶水凝胶，既可以模塑为固体，也可以加工为液体。光子液晶 HPC 中心相的抱负溶致依靠性被保存为凝胶状态。别的，HPC-gel 将 HPC 的特性机器变色保存为自支持粘弹性固体布局，但在可比力的全可见光谱色移时具有更短的机器变色弛豫时间。这提供了动态压力范畴的现实拓宽，可以孕育发生可见的机器变色相应。这些成效归因于在 HPC 中心相中仅引入 7.0 wt% 的猪明胶后弹性增添。还保存了明显的剪切稀化假塑性，它可以或许在增添的剪切速率下实现凝胶到液体的变化，一旦剪切减小，就会松懈回自支持凝胶状态。是以，生产的 HPC 凝胶被证明是用于快速贸易开辟的通用质料，其剪切稀化举动许可成熟的产业加工技能，如挤出、浇铸或高速扭转纺丝，在大范围生产设置。最终，因为该体系可以利用市售可食用身分在范围上完全实现，是以可以解锁种种潜伏的具有本钱效益的机器变色质料，从无着色剂的食品装饰到短期传感器，比方可生物降解的“智能”标签”用于食品包装。
参考文献：
doi.org/10.1002/adma.202102112
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