自然界中，许多动物通过调节其柔软的细胞层或蛋白质层的厚度，可以改变皮肤或角质层的结构色彩。例如，变色天牛的翅鞘在干燥环境下呈现绿色，遇到湿气后，翅鞘下的黑素蛋白层吸收水分子而膨胀，造成翅鞘结构色彩由绿色变为红色。受这些动物变色机制的启发，设计一种简便易行的方法，将软材料应用于构建变色体系，能够极大促进检测、防伪、显示等技术的发展。
图为呼吸控制的图案显示与隐藏。
最近，美国加州大学洛杉矶分校（UCLA）贺曦敏教授领导的团队提出了一种制备简便、快速响应、易于图案化的水凝胶“干涉仪”变色体系，并展示了其在检测和信息加密方面的多种应用。不需要微纳米构筑单元的精细组装，水凝胶“干涉仪”的结构极其简单，只需在带有接枝官能团的高反射基底上旋涂制备一层水凝胶薄膜。依据薄膜干涉原理，通过控制水凝胶膜厚，能够得到覆盖宽光谱的颜色。
图为水凝胶“干涉仪”的工作原理和光学性质。
和多数变色动物一样，面对外部刺激，水凝胶膜能够快速吸收刺激物而溶胀，发生膜厚的变化，从而带来颜色的改变。研究人员制备了基于聚（2-羟乙基甲基丙烯酸酯-丙烯酸）（poly(HEMA-co-AA)）的水凝胶“干涉仪”，发现其对乙醇气体的响应时间仅为140毫秒，并且，恢复初始颜色的时间仅为210毫秒，远快于目前其他水凝胶结构色体系的响应速度。
图为poly(HEMA-co-AA)水凝胶“干涉仪”对乙醇气体的响应时间。
水凝胶“干涉仪”膜厚和颜色随被测物浓度改变而变化，通过RGB颜色的数学计量，能够用于精确的定量检测。并且，研究人员将不同膜厚的水凝胶“干涉仪”组合成一个检测阵列，这一阵列可以用于多种相似被测物的同步可视化检测。例如poly(HEMA-co-AA)水凝胶“干涉仪”阵列能够同时检测多种挥发性有机气体。
图为poly(HEMA-co-AA)水凝胶“干涉仪”阵列对8种挥发性有机气体的响应。
通过分步交联，研究人员可以控制不同区域的水凝胶膜厚，简便地得到了图案化的水凝胶“干涉仪”，可用于信息加密和可视化湿度计。
图为图案化水凝胶“干涉仪”用于信息加密和可视化湿度计。
图为星形图案湿度响应
为了实现可携式检测，研究人员还发展了相应的手机软件。水凝胶“干涉仪”检测完毕后，只需用手机照张相，软件便会自动分析，给出检测结果。
图为手机软件自动检测分析。
由于制备的简便性，通过改变和修饰水凝胶组分，这一变色体系能够广泛用于不同物质的检测、数据加密和防伪等领域。该研究工作发表在近期的《先进材料》杂志。
全文链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.201800468
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