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  隨著全球氣候變暖和臭氧層空洞的產(chǎn)生，人類在日常活動(dòng)中遭受紫外線過度輻射進(jìn)而引發(fā)皮膚曬傷、衰老，甚至引發(fā)皮膚癌的風(fēng)險(xiǎn)日益增加。雖然目前人們可以通過各類防護(hù)方式（穿著防曬服、佩戴太陽鏡），有效地降低過度紫外線輻射的風(fēng)險(xiǎn)，但是仍然無法有效地獲知日常生產(chǎn)和生活中所遭受的紫外輻照劑量，以便更合理地規(guī)劃行程和生活。目前雖然已有用于測量陽光紫外輻射的設(shè)備報(bào)道，但普遍制備復(fù)雜、不易攜帶、無法快速監(jiān)測。因此，如果能夠?qū)崿F(xiàn)制備簡單、可直觀監(jiān)測陽光紫外輻射劑量的健康手環(huán)是目前亟待解決的一大難題。

  在前期研究中，鐘齊副教授團(tuán)隊(duì)將光催化劑（g-C₃N₄）、丙烯酸酯類（MEO₂MA、OEGMA₃₀₀）溫敏聚合物與海藻酸鈣結(jié)合制備了具有互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)（IPN）的復(fù)合水凝膠。利用溫敏聚合物在高溫下發(fā)生相轉(zhuǎn)變收縮，在復(fù)合水凝膠中產(chǎn)生的孔隙結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了染料的快速吸附，并且隨著溫度升高，其吸附性能具有極大程度的提升。借助g-C₃N₄在可見光照射下產(chǎn)生自由基可降解染料的特性，實(shí)現(xiàn)了吸附染料的快速降解。相關(guān)研究成果已發(fā)表于ACS Applied Polymer Materials（ACS Appl. Poly. Mater. 2020, 2, 3674-3684）。

圖1：海藻酸鈣/P(MEO₂MA-co-OEGMA₃₀₀)/g-C₃N₄ IPN復(fù)合水凝膠（紅色）和純g-C₃N₄納米顆粒在不同溶液溫度下（a: 30 °C, b: 35 °C, c: 40 °C和d: 45 °C）去除染料亞甲基藍(lán)的性能示意圖。

  在前期研究工作的基礎(chǔ)上，針對(duì)目前陽光紫外輻射監(jiān)測設(shè)備所存在的問題，鐘齊副教授團(tuán)隊(duì)利用在紫外輻射下，g-C₃N₄的染料降解量與紫外輻射劑量呈線性關(guān)系的特性。利用g-C₃N₄、丙烯酰胺類（NIPAM）、丙烯酸酯類（OEGMA₃₀₀）溫敏聚合物與海藻酸鈣制備了海藻酸鈣/P(NIPAM-co-OEGMA₃₀₀)/g-C₃N₄ IPN復(fù)合水凝膠，并通過吸附染料，實(shí)現(xiàn)了IPN復(fù)合水凝膠的染色。借助g-C₃N₄光降解下染料的褪色程度，實(shí)現(xiàn)紫外輻射劑量的直觀監(jiān)測。

表1. 吸附不同濃度染料的海藻酸鈣/P(NIPAM-co-OEGMA₃₀₀)/g-C₃N₄ IPN復(fù)合水凝膠借助光降解褪色所需的時(shí)長和對(duì)應(yīng)的輻射劑量。

  憑借此優(yōu)勢，結(jié)合復(fù)合水凝膠良好的柔性，團(tuán)隊(duì)制備獲得了IPN復(fù)合水凝膠基健康手環(huán)，實(shí)現(xiàn)紫外監(jiān)測設(shè)備優(yōu)異的可穿戴性。相關(guān)研究成果已發(fā)表于ACS Applied Materials & Interfaces（DOI:10.1021/acsami.0c17628）。

圖3：不同陽光輻射條件下（a: 32°C, 636.8 W m^-2 and b: 36°C, 796.0 W m^-2），基于IPN復(fù)合水凝膠的健康手環(huán)的褪色程度、所需時(shí)間和相對(duì)應(yīng)輻射劑量的示意圖。

  論文的第一作者為浙江理工大學(xué)碩士生胡能，通訊作者為鐘齊副教授，共同通訊作者為西北工業(yè)大學(xué)王維佳副教授與嘉興學(xué)院譚軍教授。該課題研究獲得了浙江理工大學(xué)基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金資助（項(xiàng)目批注號(hào)：2019Q015），浙江省基礎(chǔ)公益研究計(jì)劃（項(xiàng)目批注號(hào)：LGG18B060002），國家自然科學(xué)基金（項(xiàng)目批注號(hào)：51902259）和陜西省自然科學(xué)基金（項(xiàng)目批注號(hào)：2020JQ-181）資助。

  原文鏈接：https://doi.org/10.1021/acsami.0c17628