陳志俊，高鶴，李偉，李淑君，劉守新，李堅(jiān)

（1.東北林業(yè)大學(xué)生物質(zhì)材料科學(xué)與技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，哈爾濱 150040；2.東北林業(yè)大學(xué)木材仿生智能科學(xué)研究中心，哈爾濱 150040）

在億萬(wàn)年的生命史中，自然選擇與進(jìn)化的力量創(chuàng)造了大量神奇的結(jié)構(gòu)與功能。在科技發(fā)展歷程中，許多難題的解決與攻克都是來(lái)源于自然給予的智慧與靈感。通過(guò)對(duì)這些大自然數(shù)億年進(jìn)化中產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)與功能的學(xué)習(xí)與了解，人們使用相關(guān)的有機(jī)或無(wú)機(jī)基元構(gòu)筑具有類似結(jié)構(gòu)或者功能的材料，廣泛應(yīng)用在建筑、軍事以及生命科學(xué)等相關(guān)領(lǐng)域［1-3］。在當(dāng)下石化與礦石能源日益枯竭的背景下，石化與礦物衍生出的有機(jī)與無(wú)機(jī)構(gòu)筑單元也面臨著不可再生、高成本以及環(huán)境載荷大等問(wèn)題。木材及樹(shù)木相關(guān)生物質(zhì)是一類可再生、儲(chǔ)備量大且綠色的資源。如能使用木材及樹(shù)木相關(guān)生物質(zhì)替代傳統(tǒng)石化基與礦物基成為新型的材料構(gòu)筑單元，則可大大緩解當(dāng)前面臨的能源與環(huán)境問(wèn)題。

基于此，近年來(lái)使用綠色生物質(zhì)基元構(gòu)筑具有奇異特性的光學(xué)材料獲得廣泛關(guān)注。該類生物質(zhì)基光學(xué)材料主要是以宏觀木材結(jié)構(gòu)、木材細(xì)胞壁三大素（纖維素、半纖維素及木質(zhì)素）、樹(shù)木次生代謝產(chǎn)物、海洋多糖生物質(zhì)為基元，通過(guò)其自身構(gòu)效特征或者與其他異質(zhì)基元進(jìn)行復(fù)合，實(shí)現(xiàn)相關(guān)光理化功能（圖1）［4］。相對(duì)于使用傳統(tǒng)有機(jī)或無(wú)機(jī)材料構(gòu)筑功能性材料，使用木材或者相關(guān)生物質(zhì)具有綠色廉價(jià)、來(lái)源廣泛及可持續(xù)發(fā)展等優(yōu)點(diǎn)。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者在相關(guān)領(lǐng)域進(jìn)行了大量研究并取得了豐富的成果［5-6］。為了更好地梳理總結(jié)生物質(zhì)基光學(xué)功能性材料的相關(guān)研究概況，進(jìn)一步凝練該領(lǐng)域近年來(lái)的科學(xué)問(wèn)題，筆者對(duì)該領(lǐng)域近年來(lái)的重要研究成果進(jìn)行了綜述。

圖1 生物質(zhì)基元構(gòu)筑具有熒光、光熱及結(jié)構(gòu)色性能材料示意圖Fig.1 Schematic diagram of materials with fluorescence，photothermal and structural color properties constructed by biomass blocks

1 林木芳香生物質(zhì)與多糖生物質(zhì)熒光材料

熒光，又作“螢光”，是指一種光致發(fā)光的冷發(fā)光現(xiàn)象。當(dāng)某種常溫物質(zhì)經(jīng)某一波長(zhǎng)的入射光（通常是紫外線或X 射線）照射，吸收光能后從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)，然后立即回到基態(tài)，同時(shí)發(fā)出比入射光波長(zhǎng)更長(zhǎng)的出射光（通常波長(zhǎng)在可見(jiàn)光波段）。很多熒光物質(zhì)一旦停止入射光的照射，發(fā)光現(xiàn)象也隨之立即消失。具有上述性質(zhì)的出射光就被稱之為熒光［7］。16 世紀(jì)西班牙的內(nèi)科醫(yī)生和植物學(xué)家N.Monards 記錄了熒光現(xiàn)象，17 世紀(jì)Boyle和Newton 等著名科學(xué)家又觀察到熒光現(xiàn)象并且對(duì)熒光現(xiàn)象進(jìn)行了大概的描述。1852 年，Stokes 在考察奎寧和葉綠素的熒光時(shí)，確定這種現(xiàn)象是這些物質(zhì)在吸收光能后重新發(fā)射不同能量的光，從而引入了熒光是光發(fā)射的概念［7］。

學(xué)者們對(duì)如何構(gòu)筑模擬大自然熒光發(fā)射行為的高性能材料進(jìn)行了大量的研究。目前熒光材料從制備原料來(lái)進(jìn)行劃分，大概可以分為以下幾類：有機(jī)分子／聚合物熒光材料、無(wú)機(jī)稀土／量子點(diǎn)熒光材料、配合物熒光材料及碳基熒光材料等［4，8］。在林木芳香生物質(zhì)與多糖生物質(zhì)熒光領(lǐng)域，主要研究通過(guò)水解提取、水熱碳化或分子組裝等手段制備具有熒光發(fā)射功能的有機(jī)聚集發(fā)光或碳基材料。

1.1 林木芳香生物質(zhì)與多糖生物質(zhì)聚集誘導(dǎo)發(fā)光材料

熒光材料在新一代平板顯示器件、太陽(yáng)能電池、激光器、傳感器等領(lǐng)域發(fā)揮了重要作用。但是應(yīng)用于這些功能材料的有機(jī)熒光材料大多具有大π 共軛體系，在稀溶液中有較高的熒光量子產(chǎn)率，而在聚集狀態(tài)（高濃度溶液或者固態(tài)）下，分子間緊密的π-π 堆積形成激基締合物（excimers），導(dǎo)致熒光變?nèi)跎踔镣耆В@一現(xiàn)象即為聚集導(dǎo)致熒光淬滅（aggregation-caused quenching，簡(jiǎn)稱ACQ）。2001 年，Luo 等［9］發(fā)現(xiàn)噻咯（Siloles）衍生物在稀溶液中幾乎不發(fā)光，但在聚集態(tài)下發(fā)光卻明顯增強(qiáng)（圖2）。他們將這種反常的現(xiàn)象稱為聚集誘導(dǎo)發(fā)光（aggregation-induced emission，AIE）。AIE 化合物的獨(dú)特發(fā)光性質(zhì)引起了科學(xué)界的極大關(guān)注，很多課題組對(duì)AIE 化合物的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行了深入的探索，并相應(yīng)提出了不同的AIE 發(fā)光機(jī)制，例如分子內(nèi)旋轉(zhuǎn)受限（restriction of intramolecular rotations，RIR） 機(jī)制、非輻射失活衰減受限機(jī)制等理論。近10 多年來(lái)，AIE 領(lǐng)域的研究已經(jīng)有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。目前而言，大部分具有的AIE 分子都是通過(guò)有機(jī)合成，相較于這些合成的AIE 分子，木材次生代謝物及相關(guān)生物質(zhì)也具有聚集發(fā)光性能，且與傳統(tǒng)的合成AIE 分子不同，生物質(zhì)基的AIE 分子具有原料綠色、制備簡(jiǎn)單、可宏量制備等優(yōu)勢(shì)。

2018 年，He 等［10］研究發(fā)現(xiàn)，可以從生物質(zhì)材料槐米中通過(guò)簡(jiǎn)單的“分離-提取-純化”獲得氫鍵類AIE 化合物槲皮素。槲皮素結(jié)構(gòu)中的羥基賦予其分子間強(qiáng)烈的氫鍵作用，氫鍵是形成超分子的一類很重要的非共價(jià)鍵。對(duì)光物理性質(zhì)的研究認(rèn)為，有機(jī)分子間形成氫鍵能使它們的構(gòu)型更具剛性，從而抑制分子內(nèi)旋轉(zhuǎn)，有利于降低無(wú)輻射衰減，增加發(fā)光強(qiáng)度。激發(fā)態(tài)分子內(nèi)質(zhì)子轉(zhuǎn)移（excited state intramolecular proton transfer，ESIPT）化合物就是一個(gè)很好的例子。ESIPT 現(xiàn)象是指化合物分子在光、熱、電等作用下，由基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)以后，分子內(nèi)某一基團(tuán)上的氫核（即質(zhì)子） 通過(guò)分子內(nèi)氫鍵轉(zhuǎn)移到分子中鄰近的N、S、O 等雜原子上，形成相應(yīng)的互變異構(gòu)體的過(guò)程。相比于一般的有機(jī)發(fā)光化合物，ESIPT 化合物具有其獨(dú)特的E-E?-K?-K-E 四能級(jí)躍遷，其中，E 和E?分別代表醇式（enol） 結(jié)構(gòu)的基態(tài)與激發(fā)態(tài)，K 和K?則分別代表酮式（keto）結(jié)構(gòu)的基態(tài)與激發(fā)態(tài)。通常，ESIPT 化合物在基態(tài)下以醇式結(jié)構(gòu)穩(wěn)定存在（E），而在激發(fā)態(tài)時(shí)則以酮式結(jié)構(gòu)（K?） 穩(wěn)定存在。由于該類化合物特殊的發(fā)光性質(zhì)與光物理行為，使其在激光材料、電致發(fā)光、光存儲(chǔ)以及分子傳感等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。槲皮素在四氫呋喃中具有良好的溶解性，在四氫呋喃中槲皮素的ESIPT 效應(yīng)被顯著地壓制，主要表現(xiàn)出enol 態(tài)（420 nm）發(fā)射。隨著不良溶劑水的加入，槲皮素開(kāi)始聚集形成類纖維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，ESIPT效應(yīng)增強(qiáng)，keto 發(fā)射（530 nm）增強(qiáng)，并且keto 發(fā)射的強(qiáng)度隨著水的比例升高呈現(xiàn)出正相關(guān)趨勢(shì)。但是，隨著水溶液在整個(gè)體系中的占比超過(guò)90%，其整體熒光呈現(xiàn)出下降趨勢(shì)，不再有AIE 現(xiàn)象。這種現(xiàn)象是由于當(dāng)水在混合體系中的占比超過(guò)90%時(shí)，槲皮素所形成的類纖維狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)無(wú)法在該體系中穩(wěn)定存在，從而發(fā)生沉降，無(wú)法被熒光分析信號(hào)所捕捉。

除了可使用“良溶劑-不良溶劑”調(diào)控槲皮素的AIE 行為，也可以使用濃度調(diào)控槲皮素的AIE行為。當(dāng)槲皮素在四氫呋喃的濃度越高時(shí)，其越容易聚集，促進(jìn)其ESIPT 效應(yīng)，主要呈現(xiàn)出keto發(fā)射。當(dāng)槲皮素在四氫呋喃中濃度較稀時(shí)，其分子內(nèi)ESIPT 效應(yīng)減弱，主要呈現(xiàn)出enol 發(fā)射?？傮w而言，槲皮素表現(xiàn)出優(yōu)異的AIE 與ESIPT 性能。在兩者協(xié)同下，槲皮素可以呈現(xiàn)比率型的熒光變化，當(dāng)聚集程度較高時(shí)，激發(fā)態(tài)分子內(nèi)質(zhì)子轉(zhuǎn)移過(guò)程加劇，酮式熒光加強(qiáng)；反之，激發(fā)態(tài)內(nèi)質(zhì)子轉(zhuǎn)移過(guò)程減弱，槲皮素主要呈現(xiàn)出烯醇態(tài)熒光。

圖2 聚集誘導(dǎo)猝滅與聚集誘導(dǎo)發(fā)光材料［9］Fig.2 Aggregation induced quenching and aggregation induced luminescent materials

Gu 等［11］報(bào)道了天然產(chǎn)物黃連素也具有AIE效應(yīng)，并且在研究中證明了該天然產(chǎn)物的AIE 是與分子內(nèi)苯環(huán)振動(dòng)與電荷轉(zhuǎn)移相關(guān)的。在稀的極性溶液中，有兩個(gè)亞甲基連接的異喹啉環(huán)與苯環(huán)之間可以發(fā)生分子內(nèi)振動(dòng)。甲氧基和季氮原子作為供、吸電子基團(tuán)在分子內(nèi)形成較強(qiáng)的電荷轉(zhuǎn)移作用。當(dāng)加入極性較弱的不良溶劑時(shí)，化合物分子相互聚集，化合物局部的環(huán)境變?yōu)榉菢O性，電荷轉(zhuǎn)移作用得到抑制，發(fā)射光譜逐漸藍(lán)移。與此同時(shí)，分子內(nèi)振動(dòng)得到有效抑制，因此促進(jìn)AIE，使得熒光增強(qiáng)。利用黃連素與葫蘆脲之間的主客體作用也可以對(duì)其AIE 熒光進(jìn)行調(diào)控。作為AIE 熒光體，黃連素具有熒光發(fā)射量子產(chǎn)率高、光穩(wěn)定性強(qiáng)、廉價(jià)易得以及環(huán)保綠色等一系列優(yōu)勢(shì)。聚合物因其合成方法簡(jiǎn)單、易加工以及獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)，引起了科研工作者的極大興趣，成為材料科學(xué)領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)。隨著對(duì)AIE 特性研究的不斷深入，具有AIE 特性的聚合物研究也不斷取得新的進(jìn)展。2018 年，Ma 等［12］研究發(fā)現(xiàn)酶解木質(zhì)素化合物溶于堿性溶液時(shí)其熒光較弱，但是當(dāng)加入乙醇后，木質(zhì)素形成納米聚集體，同時(shí)熒光也有極大的增強(qiáng)。通過(guò)改變木質(zhì)素的濃度，木質(zhì)素的AIE 熒光也可以得到精細(xì)調(diào)控，濃度越高，其熒光效果增強(qiáng)越明顯。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，木質(zhì)素溶液的吸收呈現(xiàn)出明顯濃度誘導(dǎo)的紅移，這表明木質(zhì)素的苯環(huán)間發(fā)生了J-型堆積。因此推測(cè)木質(zhì)素AIE 機(jī)理如下：木質(zhì)素中的苯環(huán)在溶液中呈現(xiàn)出J-型堆積，這種堆積方式使得苯環(huán)內(nèi)電子的移動(dòng)不再僅僅局限于單個(gè)苯環(huán)之內(nèi)，苯環(huán)的電子可以在若干個(gè)不共軛的苯環(huán)間自由移動(dòng)，這使得苯環(huán)的電子云離域大大增強(qiáng)，從而有效降低最高已占軌道（HOMO）-最低未占分子軌道（LUMO）之間的差值，增加電子輻射躍遷的概率，最終實(shí)現(xiàn)促進(jìn)熒光發(fā)射。Xue 等［13］研究發(fā)現(xiàn)堿木素與磺酸鹽木質(zhì)素也具有類似的AIE效應(yīng)。當(dāng)堿木質(zhì)素與磺酸鹽木質(zhì)素溶于水中時(shí)，其熒光發(fā)射較為微弱；對(duì)堿木質(zhì)素與磺酸鹽木質(zhì)素加入有機(jī)溶劑四氫呋喃時(shí)，其熒光發(fā)射增強(qiáng)18 倍。該堿木質(zhì)素與磺酸鹽木質(zhì)素的AIE 機(jī)理被歸結(jié)為“苯環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)受限”。

除了木質(zhì)素以外，還有些生物質(zhì)高分子材料中沒(méi)有苯環(huán)結(jié)構(gòu)，但是也具有AIE 現(xiàn)象。對(duì)于這一類反常規(guī)的現(xiàn)象，又被稱為簇發(fā)光，被認(rèn)為是AIE的一個(gè)亞種。典型的生物質(zhì)簇發(fā)光體系有海藻酸鈉、纖維素、淀粉等。以海藻酸鈉為例，其單體古羅糖醛酸（G）、甘露糖醛酸（M）不具有熒光發(fā)射，但是海藻酸鈉在高濃度下呈現(xiàn)出較強(qiáng)的熒光發(fā)射［14］。此外，使用鈣離子交聯(lián)海藻酸鈉也可以得到具有較強(qiáng)熒光發(fā)射的結(jié)構(gòu)。研究發(fā)現(xiàn)不僅僅使用鈣交聯(lián)和濃度富集可以使海藻酸鈉發(fā)光，使用“良溶劑-不良溶劑”置換法也可以誘導(dǎo)海藻酸鈉簇發(fā)光。海藻酸鈉具有良好的水溶性，但是其在乙醇中幾乎不溶解，利用這一溶解度差異，先在水中溶解海藻酸鈉，然后對(duì)體系使用乙醇進(jìn)行置換，得到海藻酸鈉微納簇結(jié)構(gòu)，這些通過(guò)溶劑置換得到的海藻酸鈉微納簇表現(xiàn)出強(qiáng)熒光發(fā)射。在驗(yàn)證構(gòu)效關(guān)系的研究中發(fā)現(xiàn)海藻酸鈉中兩種構(gòu)型單元（G和M）都對(duì)海藻酸鈉的簇發(fā)光有所貢獻(xiàn)。Wang等［15］在通過(guò)高斯密度泛函理論研究海藻酸鈉簇發(fā)光時(shí)，發(fā)現(xiàn)海藻酸鈉中的飽和氧原子與羰基碳的距離小于3.2 ?，且所形成的線面角（Bürgi-Dunitz angle）在95°～125°，這意味著該體系中的飽和氧原子可以與羰基發(fā)生n-π?空間共軛，極大地降低了HOMO-LUMO 間的分子軌道能級(jí)，促進(jìn)熒光發(fā)射。總體而言，相較于其他的AIE 體系，該類體系的研究仍處于初始階段，尤其是機(jī)制研究尚未有非?？煽康膶?shí)驗(yàn)性數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行驗(yàn)證。

1.2 林木生物質(zhì)基碳量子點(diǎn)

碳量子點(diǎn)（carbon quantum dots）是近些年來(lái)出現(xiàn)的一種新型的碳納米材料，是一類尺寸小于10 nm 的碳納米微球，該類材料也擁有模擬大自然熒光特性的熒光發(fā)射能力。2004 年，Xu 等［16］偶然從純化電弧放電制備單壁碳納米管的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)碳量子點(diǎn)，隨即引發(fā)了對(duì)碳量子點(diǎn)的大量研究。碳量子點(diǎn)有許多優(yōu)點(diǎn)，比如較好的光穩(wěn)定性、良好的水溶性、較強(qiáng)的化學(xué)惰性和易于改性等，這些優(yōu)點(diǎn)使碳點(diǎn)被應(yīng)用于熒光墨水［15］、催化［17］、離子傳感［18］。碳點(diǎn)優(yōu)異的生物性能，例如低毒性和良好的生物相容性，使碳點(diǎn)在生物成像［18］、生物傳感［19］和藥物傳遞［20］等應(yīng)用中有很大的發(fā)展前景。

Niu 等［21］最近發(fā)現(xiàn)了一種從天然產(chǎn)物中制備碳點(diǎn)新方法——分子聚集法。分子聚集法是一種簡(jiǎn)單、綠色的制備碳點(diǎn)的方法，不需要加熱或者其他能量的輸入。此方法是基于芳香族生物質(zhì)分子，利用分子間作用力，使其自組裝形成具有超共軛體系，且具有超小納米形貌的碳納米點(diǎn)。研究中使用木質(zhì)素為原料，使其在溶液中自組裝形成具有J 型堆積結(jié)構(gòu)的納米顆粒（圖3）。該納米顆粒表現(xiàn)出良好的熒光發(fā)射性能，且具有激發(fā)依賴性。研究表明，該木質(zhì)素碳點(diǎn)還具有上轉(zhuǎn)換發(fā)光性能。由于該木質(zhì)素具有較為突出的熒光性能，加上其本身良好的生物相容性，故其在生物成像中表現(xiàn)出良好的效果。

Gao 等［22］以柳樹(shù)葉為原料進(jìn)行水熱處理，開(kāi)發(fā)了一種合成摻氮碳點(diǎn)（N-CdS）的綠色策略。該上清液在紫外光照射下表現(xiàn)出強(qiáng)烈的藍(lán)色熒光，可直接用作熒光油墨，而熱解固體產(chǎn)物對(duì)高效氧還原反應(yīng)具有優(yōu)異的電催化活性和穩(wěn)定性，甲醇／CO 耐受性優(yōu)于商用Pt／C 催化劑。Pourreza等［17］以朱莉花葉片為原料，一鍋法合成制備碳點(diǎn)，制得的碳點(diǎn)顯示為藍(lán)色熒光，量子產(chǎn)率為5%。并開(kāi)發(fā)了一種簡(jiǎn)便、綠色的雙熒光傳感器，用于汞和重金屬離子的抗中毒藥物（Chemet）傳感，該方法成功應(yīng)用于水和人血清樣品中Hg（Ⅱ）和Chemet 的測(cè)量。

圖3 利用分子聚集法從木質(zhì)素中制備碳點(diǎn)并將其應(yīng)用于熒光展示和生物成像示意圖［21］Fig.3 Preparation of carbon dots from lignin by molecular aggregation and its application in fluorescence display and biological imaging

1.3 纖維素基熒光材料

纖維素是自然界中分布最廣、含量最多的一種生物質(zhì)原料，是由吡喃葡萄糖單元通過(guò)β-（1，4）-糖苷鍵連接而成的線性大分子，每個(gè)葡萄糖單元上有3 個(gè)活潑羥基可以發(fā)生一系列與—OH 基有關(guān)的化學(xué)反應(yīng)［23-24］。纖維素基熒光材料近年來(lái)被學(xué)者廣泛研究［25］，大體上可由物理法和化學(xué)法制備。

物理方法是將熒光物質(zhì)摻雜到纖維素基質(zhì)中。Qi 等［26］把纖維素溶解于預(yù)冷到-12 ℃的含有7%NaOH 和12% 尿素混合溶液中，然后通過(guò)一種簡(jiǎn)單、低成本的方法從纖維素溶液中制備了一系列再生纖維素薄膜。用熒光染料和光致發(fā)光染料處理再生纖維素薄膜，首次制備出具有強(qiáng)熒光和長(zhǎng)余輝發(fā)射的新型光致發(fā)光材料（圖4）。一系列的測(cè)試結(jié)果表明，透明再生纖維素膜具有均勻的結(jié)構(gòu)、優(yōu)異的透光率（800 nm 處的透光率為90%）和良好的拉伸強(qiáng)度。此外，生物降解測(cè)試表明，再生纖維素薄膜可以完全生物降解。

圖4 與光致發(fā)光染料復(fù)合的再生纖維素薄膜［26］Fig.4 Regenerated cellulose film composited with photoluminescent dyes

化學(xué)法制備纖維素?zé)晒獠牧鲜菍晒饣鶊F(tuán)共價(jià)鍵接到纖維素分子上，克服了熒光小分子在應(yīng)用中易脫落、與基材相容性不好等缺點(diǎn)，同時(shí)熒光團(tuán)在纖維素中穩(wěn)定均勻地分散，具有較好的光致發(fā)光性能?；瘜W(xué)法制備纖維素基熒光材料可以通過(guò)酯化、交聯(lián)、氧化、接枝共聚、表面修飾、點(diǎn)擊反應(yīng)以及其他非尋常的衍生化反應(yīng)實(shí)現(xiàn)。Guo 等［27］提出了一種由碳量子點(diǎn)（CQDs）和TEMPO 氧化纖維素納米晶（TO-CNCS）組成的具有良好生物相容性和光致發(fā)光雜化材料的構(gòu)建方法。首先，用簡(jiǎn)單的微波法合成了氨基功能化碳量子點(diǎn)（NH2-CQDs），并通過(guò)鹽酸水解和TEMPO 介導(dǎo)氧化制備了TO-CNCS；然后，通過(guò)碳二亞胺輔助的偶聯(lián)反應(yīng)將NH2-CQDs和TO-CNCS偶聯(lián)制得光致發(fā)光雜化材料。細(xì)胞活力測(cè)試表明，與NH2-CQDs 的表面偶聯(lián)不僅提高了TO-CNCS的細(xì)胞相容性，而且在培養(yǎng)4 和24 h 后，還增強(qiáng)了它們?cè)贖eLa 和RAW 264.7 細(xì)胞上的細(xì)胞結(jié)合和細(xì)胞內(nèi)化。

2 樹(shù)木生物質(zhì)仿生光熱材料

“光生熱”是在自然界中最普遍的一種現(xiàn)象。太陽(yáng)輻射到地球的輻射能中，50%的總輻射能為可見(jiàn)光能，43%的輻射能為紅外光能［28］，可見(jiàn)與紅外光能可以通過(guò)光熱材料轉(zhuǎn)化為熱能進(jìn)行利用。光熱材料大致可以分為碳基光熱材料、無(wú)機(jī)光熱材料、共軛聚合物、磁性納米材料及其他光熱材料［29］，這些材料大部分需要較為復(fù)雜的制備工藝或昂貴的原材料。碳基光熱材料因其碳原子能形成巨大的共軛體系，對(duì)可見(jiàn)-近紅外區(qū)的光有較強(qiáng)的吸收能力，擁有很強(qiáng)的光熱轉(zhuǎn)化效率［30］；無(wú)機(jī)光熱材料常見(jiàn)的為Au、Ag、Pt、Pb 等貴金屬納米粒子和一些半導(dǎo)體納米晶體，通過(guò)調(diào)節(jié)貴金屬粒子的尺寸和形貌可以擴(kuò)大其吸收光范圍提升光熱轉(zhuǎn)化效率［31］；共軛聚合物易于制備和加工，對(duì)光的吸收可以在寬的吸收光范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)［30］；磁性聚合物主要有Fe3O4、磁流體、鐵磁微晶、磁性脂質(zhì)體、鐵碳復(fù)合物和超順磁性氧化鐵［32］。黑磷是磷的一種同素異形體，2014 年作為一種新型二維半導(dǎo)體材料被發(fā)現(xiàn)后，因其優(yōu)異的近紅外光學(xué)性能成為了一種新型的光熱轉(zhuǎn)化材料［33］。

2.1 碳基光熱轉(zhuǎn)化材料

Liu 等［34］在500 ℃下對(duì)天然木材表面進(jìn)行熱處理，讓其表面碳化，使得其吸收光域由原來(lái)的“紫外-可見(jiàn)”光區(qū)有效拓展至“紫外-近紅外”光區(qū)，可有效將太陽(yáng)光轉(zhuǎn)化為熱能。結(jié)合木材天然孔道結(jié)構(gòu)，利用該光熱層可在1 個(gè)太陽(yáng)能量密度下實(shí)現(xiàn)74%的高蒸汽發(fā)生效率。2019 年，Chen等［35］通過(guò)優(yōu)化木材熱管理，將木材表面碳化形成光熱層后，同時(shí)對(duì)木材進(jìn)行脫木素處理，降低木材熱傳導(dǎo)率，更好地將熱量保持在木材表面用于水分蒸發(fā)，以此方法制備的太陽(yáng)光熱木質(zhì)太陽(yáng)能蒸汽發(fā)生裝置在1 個(gè)太陽(yáng)下實(shí)現(xiàn)了89%的高蒸汽發(fā)生效率，并且蒸發(fā)速率高達(dá)1.3 kg／（m2·h）。碳基光熱材料除了可用于水分蒸發(fā)外，Li 等［36］還將由香蕉皮、橙皮、落葉、竹子和樹(shù)枝等生物質(zhì)制備的光熱碳膜覆蓋在容器中水的表面，在光照條件下，容器中的水迅速升溫至121 ℃，可高效除去水中的細(xì)菌。

2.2 金屬絡(luò)合物光熱轉(zhuǎn)化材料

在研究中，Luo 等［37］發(fā)現(xiàn)植物單寧類化合物可以與鐵離子發(fā)生絡(luò)合，生成藍(lán)黑色物質(zhì)。他們將鐵離子引入落葉松提取單寧中，通過(guò)鐵與多酚間的分子絡(luò)合作用，使其與單寧生成藍(lán)黑色的光熱物質(zhì)。該光熱物質(zhì)在陽(yáng)光照射下，可在16 min 內(nèi)升溫30 ℃，此光熱效率堪比昂貴的石墨烯材料。該材料的光熱轉(zhuǎn)化原理為通過(guò)鐵離子與多酚的絡(luò)合作用將提取單寧的激發(fā)態(tài)電子輻射躍遷轉(zhuǎn)化為非輻射躍遷，從而增強(qiáng)其光熱轉(zhuǎn)化效率。

除此之外，Liu 等［38］利用水解單寧分別與FeⅢ、VⅢ與RuⅢ絡(luò)合制備納米光熱材料，該光熱材料在808 nm 近紅外激光的照射下，光熱轉(zhuǎn)化效率達(dá)到40%，在10 min 內(nèi)可將溫度由室溫（25 ℃）升至70 ℃。該光熱材料的主要工作機(jī)制為通過(guò)將單寧與金屬離子絡(luò)合，促進(jìn)分子內(nèi)電荷轉(zhuǎn)移，有效降低分子能級(jí)軌道，從而將分子的光吸收由高能量紫外-藍(lán)光區(qū)拓寬至紫外-近紅外區(qū)，使其在近紅外光區(qū)擁有良好的光熱轉(zhuǎn)化效率。

3 木材基納米纖維素仿生光子晶體材料

微晶纖維素是植物細(xì)胞壁的主要組分，根據(jù)這些微晶纖維的取向，細(xì)胞的機(jī)械性能可以由剛性轉(zhuǎn)化為柔性［39-41］。在一些特殊的植物中，纖維素微纖組織以螺旋結(jié)構(gòu)的形式包裹在細(xì)胞周圍，從而表現(xiàn)出各向異性的光學(xué)特性［42］。一些植物的花、葉子和果實(shí)通過(guò)纖維素納米結(jié)構(gòu)的取向排列表現(xiàn)出絢麗的虹彩顏色［43-44］。

20 世紀(jì)50 年代，纖維素納米晶體的手性向列型液晶被發(fā)現(xiàn)［40］。1992 年，Revol 等證明，纖維素納米晶體的水溶液在大約3%的質(zhì)量分?jǐn)?shù)時(shí)能夠形成手性向列液晶相［45-47］。在手性向列型液晶中，棒狀液晶具有特征重復(fù)距離扭轉(zhuǎn)的取向順序，這個(gè)重復(fù)距離稱為螺距。手性向列型液晶相的形成可以利用偏光顯微鏡（POM）觀察纖維素納米晶體分散體系中水分蒸發(fā)時(shí)的指紋圖譜來(lái)確認(rèn)。手性向列結(jié)構(gòu)的螺旋順序可以產(chǎn)生絢麗的虹彩色，這些顏色可在植物和某些動(dòng)物［48-51］的身上觀察到，反射波長(zhǎng)取決于螺距、折射率和觀察角度。由于手性向列結(jié)構(gòu)可以是左旋或右旋的，反射光為了匹配相位的手性總是以圓偏振的形式存在。

3.1 木質(zhì)纖維素納米晶體手性向列結(jié)構(gòu)色濕敏仿生薄膜

纖維素納米晶體（CNCs）通常在室溫環(huán)境條件下緩慢蒸發(fā)自組裝，產(chǎn)生具有虹彩顏色的薄膜，這是一種自下而上制造有序結(jié)構(gòu)的有效方法?？梢酝ㄟ^(guò)控制手性向列結(jié)構(gòu)的螺距，以調(diào)節(jié)反射的顏色，這進(jìn)一步受到CNCs 性質(zhì)的影響，因此，纖維素納米晶體的制備和后處理是調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)色的關(guān)鍵。為了研究CNCs 的最佳制備條件，研究人員對(duì)如水解時(shí)間、溫度和其他因素進(jìn)行了大量研究［52］。此外，還可利用包括電解質(zhì)、磁場(chǎng)、電場(chǎng)和真空在內(nèi)的外部刺激以調(diào)整CNCs 的自組裝環(huán)境［53-55］。通常，手性向列結(jié)構(gòu)的構(gòu)建從根本上取決于自組裝過(guò)程中CNCs 表面的靜電排斥和范德華力［56］。

由于CNCs 優(yōu)異的光學(xué)性能、獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特征和智能響應(yīng)行為，具有光子液晶結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)色納米復(fù)合材料極具吸引力。Kelly 等［57］以CNCs 為模版制備了基于納米晶纖維素的具有長(zhǎng)程手性向列結(jié)構(gòu)和光子性質(zhì)的新型納米復(fù)合響應(yīng)性光子水凝膠，水凝膠表現(xiàn)出對(duì)外部刺激（如溶劑、pH 或溫度）的虹彩變化。Xu 等［58］通過(guò)模仿自然界中的膽甾型結(jié)構(gòu)色生物，制備了一系列基于纖維素納米晶體（CNCs）的納米復(fù)合材料，并研究了它們的功能化應(yīng)用。通過(guò)將CNCs 和甘油（Gly）以不同比例混合，制備了多色、柔性和智能響應(yīng)的虹彩薄膜。根據(jù)微觀結(jié)構(gòu)的分析，虹彩薄膜紅移的結(jié)構(gòu)色是由手性向列結(jié)構(gòu)中螺距增加產(chǎn)生的。將CNCs／Gly 復(fù)合的懸浮液用作光子墨水可獲得具有獨(dú)特指紋織構(gòu)的光子化圖案，CNCs／Gly 納米復(fù)合材料還可用于不同基材上制作虹彩涂層。

對(duì)CNCs／Gly 復(fù)合薄膜的濕度響應(yīng)特性進(jìn)行分析如圖5 所示。甲蟲(chóng)背部的顏色可根據(jù)環(huán)境中的水分而改變。結(jié)合甘油的強(qiáng)吸水能力和CNCs的濕度響應(yīng)的變色效應(yīng)，將CNCs／Gly20 薄膜置于不同的相對(duì)濕度（RH）條件下，以檢測(cè)其作為濕度指示劑的潛力。在POM 圖像中，可以觀察到光子晶體變化導(dǎo)致的薄膜顏色的變化：當(dāng)RH 從33%變?yōu)?5%時(shí)，CNCs／Gly20 膜中以綠色為主的光子晶體變?yōu)榧t色光子晶體，CNCs／Gly20 薄膜的顏色從綠色變?yōu)辄S色、橙色、紅色和無(wú)色，另外反射光譜中相應(yīng)的峰值波長(zhǎng)從525 nm 增加到820 nm。故薄膜的顏色在不同的RH 下發(fā)生顯著變化，也通過(guò)其反射光譜的顯著變化得到證實(shí)。復(fù)合材料濕度引發(fā)的顏色變化過(guò)程是可逆的。在CNCs／Gly20 薄膜表面加入一滴水后，復(fù)合薄膜的顏色立即從綠色變?yōu)闊o(wú)色，然后在室溫下干燥300 s 后又恢復(fù)為綠色。

與科羅拉多甲蟲(chóng)［59］和其他濕度指示復(fù)合材料相比［60］，復(fù)合薄膜可在更短的時(shí)間內(nèi)響應(yīng)濕度，這是因?yàn)楦视蛯?duì)水分敏感，會(huì)快速吸收水分。CNCs／Gly 復(fù)合薄膜結(jié)構(gòu)色的快速和可逆變化，賦予了其作為農(nóng)業(yè)和工業(yè)環(huán)境檢測(cè)可視化濕度傳感器的巨大應(yīng)用潛力。

圖5 CNCs/Gly20 膜光學(xué)仿生圖［58］Fig.5 Optical bionic diagram of CNCs/Gly20 film

3.2 木質(zhì)纖維素納米晶體手性向列結(jié)構(gòu)色圓偏振光學(xué)

圓偏振發(fā)光（CPL）因?yàn)槠渥鳛樘结樀木薮鬂摿?，有助于理解激發(fā)態(tài)手性并用于實(shí)際的光學(xué)應(yīng)用中，包括不對(duì)稱合成、光學(xué)存儲(chǔ)設(shè)備、生物探針和3D 顯示器等，這引發(fā)了人們的極大興趣?，F(xiàn)有報(bào)道的各種CPL 材料，包括有機(jī)小分子、π-共軛聚合物、手性鑭系絡(luò)合物、聚集誘導(dǎo)發(fā)光（AIE）體和鈣鈦礦納米晶等材料。迄今為止，用于產(chǎn)生CPL 的主要策略包括手性共混、超分子組裝和手性液晶封裝等。然而，這些策略會(huì)產(chǎn)生有限的不對(duì)稱因子（glum值）和不可預(yù)測(cè)的手性，因此，尋找替代策略對(duì)于實(shí)現(xiàn)具有期望特性的CPL 材料顯得至關(guān)重要［61-63］。

通過(guò)模仿大自然，由CNCs 自組裝制備的光子薄膜可以選擇性地反射圓偏振光，這與一些甲殼類動(dòng)物的方式相類似，都是通過(guò)其螺旋組織的納米結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的。Qu 等［64］制備了手性光子纖維素膜，其表現(xiàn)出對(duì)機(jī)械和化學(xué)刺激響應(yīng)的圓偏振光的選擇性反射。手性光子纖維素膜具有很高的形變能力，斷裂伸長(zhǎng)率高達(dá)40.8%，是已報(bào)道的手性光子纖維素膜中最高的。研究結(jié)果顯示了左手圓偏振光對(duì)彎曲和單軸拉伸在整個(gè)可見(jiàn)光光譜中的選擇性反射，以及從可見(jiàn)光到近紅外區(qū)域?qū)λ魵猓ㄏ鄬?duì)濕度10%～100%）的可逆響應(yīng)。刺激響應(yīng)是通過(guò)基于超分子化學(xué)的可變螺旋結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。CNCs 的有趣特性激發(fā)了通過(guò)將熒光發(fā)色團(tuán)摻入手性纖維素薄膜來(lái)產(chǎn)生CPL 的研究。該方法提供了方便且環(huán)保的方式來(lái)獲得CPL 材料。特定波長(zhǎng)的熒光光子能通過(guò)與纖維素薄膜光子薄膜相匹配的光子禁帶（PBG）。熒光發(fā)射與PBG 之間的重疊程度決定了不對(duì)稱因子（glum值）。Li 等［65］通過(guò)調(diào)節(jié)環(huán)境刺激驅(qū)動(dòng)的分子激發(fā)構(gòu)象，成功地實(shí)現(xiàn)了基于培哚-咔唑二聯(lián)體的刺激響應(yīng)性CPL。因此，如果將多發(fā)射的基團(tuán)引入具有可調(diào)PBG 的光子纖維素納米晶基膜中，則可通過(guò)僅調(diào)節(jié)PBG 而不改變熒光摻雜劑來(lái)實(shí)現(xiàn)可調(diào)的CPL［65-67］。

Li 等［68］通過(guò)將多重發(fā)射的上轉(zhuǎn)換納米顆粒（UCNP）整合到具有可調(diào)光子禁帶（PBG）的纖維素納米晶體的手性光子薄膜中，首次實(shí)現(xiàn)了右旋的、可調(diào)的上轉(zhuǎn)化圓偏振光的（UC-CPL）發(fā)射。使用甘油作為刺激來(lái)調(diào)節(jié)手性光子薄膜的PBG，其產(chǎn)生可調(diào)的UC-CPL 發(fā)射，其在450 nm／620 nm 波長(zhǎng)處具有特定的glum。此外，由于光子復(fù)合物的PBG 和手性可以響應(yīng)相對(duì)濕度（RH），因此在甘油復(fù)合光子膜中可獲得藍(lán)色波長(zhǎng)處的濕度響應(yīng)性UC-CPL，其glum值的變化范圍在-0.156～-0.033。這項(xiàng)工作有助于可調(diào)的和刺激響應(yīng)的CPL 光子系統(tǒng)。

4 生物質(zhì)基光學(xué)材料的應(yīng)用

生物質(zhì)仿生發(fā)光材料擁有許多重要的用途，包括可以將其制備成熒光薄膜傳感器用于特定的客體物質(zhì)檢測(cè)，也有將其制成熒光納米顆粒用于生物成像，以及將其作為光敏化劑應(yīng)用在光催化等領(lǐng)域。下面重點(diǎn)將介紹生物質(zhì)發(fā)光材料在智能熒光檢測(cè)薄膜、生物成像、防偽、發(fā)光器件及光動(dòng)能轉(zhuǎn)化方面的應(yīng)用。

4.1 生物質(zhì)基熒光材料在食品檢測(cè)中的應(yīng)用

He 等［69］基于前期對(duì)槲皮素AIE 現(xiàn)象的研究，利用具有AIE 效應(yīng)的槲皮素制備了熒光薄膜，通過(guò)物理共混的方式可以使槲皮素均勻地分布到PVA 膜中，所制備出的薄膜顯示出強(qiáng)烈的聚集態(tài)熒光發(fā)射。研究發(fā)現(xiàn)鋁離子可以與槲皮素反應(yīng)，進(jìn)一步加劇槲皮素分子間的聚集行為，從而可以引發(fā)槲皮素更強(qiáng)烈的熒光發(fā)射。利用這一特性，他們使用槲皮素／PVA 薄膜成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)中國(guó)傳統(tǒng)食品中鋁離子的快速檢測(cè)和識(shí)別。此外，研究還發(fā)現(xiàn)該槲皮素／PVA 薄膜可以對(duì)胺類物質(zhì)進(jìn)行熒光增強(qiáng)型響應(yīng)。根據(jù)海鮮食品容易腐敗生成生物胺這一現(xiàn)象，該課題組利用槲皮素／PVA 薄膜對(duì)海鮮食品進(jìn)行實(shí)時(shí)質(zhì)量監(jiān)控。除此之外，研究還發(fā)現(xiàn)槲皮素具有良好的抑菌性和抗氧化性，因此該槲皮素／PVA 薄膜還可以被用作包裝膜來(lái)延長(zhǎng)食物的儲(chǔ)存時(shí)間。

4.2 生物質(zhì)基熒光材料在生物成像中的應(yīng)用

Niu 等［21］采用酶解木質(zhì)素通過(guò)分子聚集的手段制備天然碳點(diǎn)（L-CDs），新制的L-CDs 隨著單光子和雙光子激發(fā)發(fā)射多色的熒光，L-CDs 也具有很好的細(xì)胞生物相容性，因此，L-CDs 在單光子和雙光子細(xì)胞成像中具有潛在的應(yīng)用。除了碳量子點(diǎn)的熒光成像外，He 等［10］還研究利用天然產(chǎn)物槐米中提取的槲皮素AIE 熒光進(jìn)行細(xì)胞成像。由于槲皮素為天然提取物，故其具有很好的生物相容性，并且當(dāng)含量達(dá)到800 μg／mL 時(shí)，沒(méi)有明顯的細(xì)胞毒性。槲皮素的AIE 熒光非常穩(wěn)定，具有極強(qiáng)的抗紫外漂白能力；因此，在研究中成功將槲皮素?zé)晒庥糜诩?xì)胞質(zhì)成像以及活體成像，并對(duì)活體成像后的小鼠進(jìn)行解剖，研究槲皮素在小鼠體內(nèi)的分布情況，發(fā)現(xiàn)槲皮素在小鼠體內(nèi)主要通過(guò)肝膽循環(huán)進(jìn)入各個(gè)器官。Gu 等［11］基于黃連素的聚集誘導(dǎo)發(fā)光現(xiàn)象及其較低的細(xì)胞毒性，較好的水溶性、TICT 效應(yīng)以及兩親性的分子結(jié)構(gòu)，將其應(yīng)用于免洗熒光成像，可對(duì)多種細(xì)胞脂滴進(jìn)行特異性、點(diǎn)亮式的熒光成像，其共定位系數(shù)高達(dá)0.99。此外，黃連素還能特異性地對(duì)新鮮肝組織中的脂滴進(jìn)行特異性地?zé)晒獬上瘛?/p>

4.3 生物質(zhì)基熒光材料在加密打印及其發(fā)光器件中的應(yīng)用

碳點(diǎn)作為一種熒光性能非常穩(wěn)定的材料，在加密打印與發(fā)光器件中有很重要的用途。隨著當(dāng)前信息技術(shù)不斷發(fā)展，信息保密技術(shù)愈來(lái)愈發(fā)重要。Wang 等［15］在研究工作中，利用碳點(diǎn)制備成量子尺寸膠體，將膠體直接注入商業(yè)化的墨盒中，使用商業(yè)打印機(jī)，可在紙上直接打印出圖案（圖6）。在明場(chǎng)下打印紙上的圖案無(wú)法觀察到，在紫外光照射下打印紙上呈現(xiàn)出清晰的熒光圖案。利用這種技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)相關(guān)機(jī)密文件的保護(hù)與特種紙張的防偽。除此之外，熒光碳點(diǎn)還可用于白光器件的制備。白光照明器件廣泛應(yīng)用于各類重要場(chǎng)合尤其在家庭照明與特種照明領(lǐng)域，白光的獲取可通過(guò)藍(lán)光與紫外光的復(fù)配得到。該研究組利用所制備出的藍(lán)色熒光碳點(diǎn)與紫外LED 基底復(fù)合，得到具有高性能的冷白光發(fā)射器件（圖6）。

圖6 生物質(zhì)碳點(diǎn)熒光打印與發(fā)光器件圖［15］Fig.6 Picture of biomass carbon dots fluorescence printing and light-emitting device

4.4 生物質(zhì)基光熱材料在熱動(dòng)能轉(zhuǎn)換中的應(yīng)用

由于太陽(yáng)能具有綠色、可持續(xù)等優(yōu)點(diǎn)，在當(dāng)前石化能源日漸枯竭、環(huán)境污染日益嚴(yán)重的情況下，將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能無(wú)論在科研還是工業(yè)界均具有極為重要的意義。將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能其中之一的路徑是“光-熱-動(dòng)能”，這其中涉及的核心問(wèn)題之一就是將光能高效的轉(zhuǎn)化為熱能。針對(duì)此問(wèn)題，仿植物中黑色素的光熱轉(zhuǎn)換功能，Luo 等［37］對(duì)落葉松樹(shù)皮中提取的單寧引入鐵離子，進(jìn)行多酚大分子網(wǎng)絡(luò)重整，構(gòu)造“多酚-鐵”復(fù)合光熱分子網(wǎng)絡(luò)，所構(gòu)筑的光熱分子網(wǎng)絡(luò)具有堪比石墨烯的光熱效率。將此光熱材料與二沖程的斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)合，將之植入到斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的密封倉(cāng)中，使用模擬日光源照射，由光熱材料將陽(yáng)光轉(zhuǎn)化為熱能，熱使得空氣膨脹驅(qū)動(dòng)活塞做功，從而推動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)工作（圖7）。

圖7 使用樹(shù)皮提取單寧通過(guò)與鐵絡(luò)合制備光熱材料驅(qū)動(dòng)斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)示意圖［37］Fig.7 Schematic diagram of Stirling engine driven by photothermal material prepared by complexing with iron by extracting tannin from bark

5 問(wèn)題與展望

當(dāng)前科研工作者們?cè)谏镔|(zhì)基光學(xué)領(lǐng)域中的熒光、光熱及光子晶體等諸多研究方向取得了豐碩成果，但是目前依然還存在一些問(wèn)題。

1） 生物質(zhì)基熒光方向：使用木材或樹(shù)木生物質(zhì)制備仿自然熒光發(fā)射的聚集誘導(dǎo)發(fā)光及碳點(diǎn)等材料雖具有良好的熒光特性，但是其發(fā)射波長(zhǎng)依然較短，可以吸收利用的光域也局限于紫外-可見(jiàn)區(qū)域。在未來(lái)的研究中，需進(jìn)一步紅移并拓寬該類熒光材料的吸收與發(fā)射波長(zhǎng)。

2） 生物質(zhì)基光熱方向：使用石墨烯等碳基光熱材料的光熱效果雖好，但其價(jià)格昂貴，成本過(guò)高，不利于實(shí)際應(yīng)用。使用樹(shù)木生物質(zhì)制備仿自然光熱現(xiàn)象的絡(luò)合光熱材料雖光熱效率良好，但是其所制備的光熱材料還需使用三價(jià)鐵離子，這使得其環(huán)境相容性下降，并且鐵離子與多酚類物質(zhì)絡(luò)合的熱穩(wěn)定性與在苛刻環(huán)境中穩(wěn)定性亟待加強(qiáng)。

3） 生物質(zhì)基光子晶體方向：在使用木材衍生納米纖維素仿生構(gòu)筑光子晶體虹彩材料方面，存在著所制備薄膜虹彩效應(yīng)與纖維素表面基團(tuán)的構(gòu)效關(guān)系不夠清晰，并且纖維素尺寸與其偏振吸收間的關(guān)系亟待理清。

以上為本領(lǐng)域目前存在的主要問(wèn)題與挑戰(zhàn)，在未來(lái)的研究中，如若可以解決這些科學(xué)問(wèn)題，生物質(zhì)基光學(xué)領(lǐng)域中的科研成果將會(huì)向現(xiàn)實(shí)生活邁進(jìn)一大步。在未來(lái)的研究中，使用生物質(zhì)基光學(xué)材料構(gòu)筑光電能源器件、光電傳感器件也是具有良好前景的科研方向。