生命体能感知多种刺激（如光、声、热），其感知能力通常不会被不同的刺激所干扰，并能做出正确的响应。然而，将多种刺激响应基元集成到人造材料中时，多种刺激响应之间经常会相互干扰，造成人造材料无法正常工作。因此，开发具有互不干扰的正交刺激响应的智能材料具有挑战性。受到半互穿高分子网络的启发，中科大吴思教授团队提出了有机/无机半互穿网络的概念，设计了由有机分子和无机纳米粒子形成的半互穿网络，构建了对光和磁正交响应的光子材料。这项工作为响应性、可重构、可再加工和防伪材料的设计提供了新策略。该成果以Organic?inorganic semi-interpenetrating networks with orthogonal light- and magnetic-responsiveness for smart photonic gels为题目发表在Nature Communications上。吴思教授是该论文的唯一通讯作者，中科大博士生王明皓为第一作者，中科大为第一单位。

图 1 正交光响应和磁响应复合凝胶的示意图。a 光响应有机胶凝剂 (Azo-Ch) 的顺反光异构化的化学结构。 b在溶剂中共组装 Azo-Ch 和超顺磁性 Fe₃O₄@SiO₂ 纳米粒子制备的复合凝胶。c 顺式 Azo-Ch 溶胶中的 Fe₃O₄@SiO₂ 纳米粒子。 d Azo-Ch 纤维和 Fe₃O₄@SiO₂ 纳米链的半互穿网络。 纳米链形成了光子晶体结构，显示结构色。e 顺式 Azo-Ch 溶胶中的 Fe₃O₄@SiO₂ 纳米链。Copyright © 2023, The Author(s).   

  首先，作者合成了胶凝因子Azo-Ch，并对其进行了SEM表征（图2a，b）。凝胶状态下，Azo-Ch形成了网络结构；而溶胶状态下，网络结构消失。另外，作者们通过紫外可见吸收光谱证明了该凝胶可以进行多次可逆的凝胶/溶胶转变。SAXS表明凝胶纤维是由Azo-Ch分子堆积而成（图2e）。 

图 2 Azo-Ch 的光异构和光诱导的可逆凝胶/溶胶转变。（a, b） Azo-Ch 凝胶和溶胶的 SEM 图像。（c）Azo-Ch 凝胶在照射前、紫外光照和可见光照后的吸收光谱。（d）Azo-Ch凝胶在紫外光和可见光交替照射9个循环下的吸收变化。（e）Azo-Ch 凝胶在照射前、紫外光照后和可见光照后的 SAXS 图。Copyright © 2023, The Author(s).

图 3 超顺磁性 Fe₃O₄@SiO₂ 纳米粒子的表征。（a, b）Fe₃O₄@SiO₂ 纳米粒子的 SEM 和 TEM 照片。（c）Fe₃O₄@SiO₂ 纳米粒子的磁滞回线。(d-f )Fe₃O₄@SiO₂纳米粒子在不同时间段随磁场变化的暗场光学显微镜图像。(g )Fe₃O₄@SiO₂ 纳米粒子的产生的光子晶体的照片。（h）Fe₃O₄@SiO₂ 纳米粒子分散液在不同强度磁场下的反射光谱。Copyright © 2023, The Author(s).

  随后，作者通过Azo-Ch 和 Fe₃O₄@SiO₂ 纳米粒子共组装的方法制备了有机/无机复合凝胶。 SEM 图像显示 Fe₃O₄@SiO₂ 纳米粒子位于 Azo-Ch 纤维网络的空隙中（图 4a）。无论有无磁场，复合凝胶都显示出光诱导的可逆凝胶/溶胶转变。在凝胶或溶胶状态下，磁场能诱导可逆的纳米粒子到纳米链的转变（图 4a-d）。

图 4 Azo-Ch 和 Fe₃O₄@SiO₂ 纳米粒子共组装的凝胶具有正交的光和磁响应性。 （a-d）SEM照片。光引起可逆凝胶/溶胶转变； 磁场诱导纳米链的可逆形成。 （e-g）复合凝胶和溶胶在不同强度磁场下的反射光谱和 CIE-1931 色度图。Copyright © 2023, The Author(s).

  作者展望传统的（半）互穿网络中的高分子可以被各种无机、有机和复合材料所取代，从而赋予（半）互穿网络新的特性和功能。

  该工作得到了国家自然科学基金重点国际（地区）合作研究项目（52120105004）、国家自然科学基金面上项目（52073268）、中央高校基本科研业务费专项资金(WK3450000006和 WK2060190102)、合肥市自然科学基金（2021013）、安徽省自然科学基金（1908085MB38）等项目的资助。

  论文全文链接：

  https://www.nature.com/articles/s41467-023-36706-7.pdf

  https://www.nature.com/articles/s41467-023-36706-7

  https://doi.org/10.1038/s41467-023-36706-7