近日，湖南大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院、化學(xué)生物傳感全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室吳朝陽教授團(tuán)隊(duì)，在快速固化高性能水凝膠及結(jié)構(gòu)色隱形眼鏡（美瞳）應(yīng)用領(lǐng)域取得重要進(jìn)展。該研究以題為“Modulatable structural colors in rapid-curing high-performance hydrogels”的論文發(fā)表于高分子領(lǐng)域知名期刊《Polymer Chemistry》。研究團(tuán)隊(duì)使用致真精密儀器自主研發(fā)的Atom Explorer輕量款原子力顯微鏡，證實(shí)了膠體納米顆粒在水凝膠基質(zhì)中形成了高度有序的非緊密堆積結(jié)構(gòu)，為闡明其結(jié)構(gòu)顯色機(jī)制及優(yōu)異的光學(xué)穩(wěn)定性提供了關(guān)鍵的微觀可視化證據(jù)。

▲致真精密儀器輕量款原子力顯微鏡（Atom Explorer）觀測到的結(jié)構(gòu)色隱形眼鏡表面不同掃描范圍的三維微觀拓?fù)湫蚊矆D，直觀展現(xiàn)了二氧化硅納米顆粒在水凝膠基質(zhì)中的非緊密堆積組裝狀態(tài)。

結(jié)構(gòu)色（Structural colors）源于光與周期性微納米結(jié)構(gòu)的相互作用，相較于傳統(tǒng)的化學(xué)染料，具有超強(qiáng)光穩(wěn)定性、低生物毒性等優(yōu)勢。將其集成到功能性器件（如隱形眼鏡）中是近年來的研究熱點(diǎn)。然而，傳統(tǒng)的基質(zhì)材料往往難以兼顧出色的力學(xué)性能與光學(xué)功能，且加工固化時間過長。如何開發(fā)一種既能快速固化、又具備高機(jī)械強(qiáng)度，還能完美承載光子晶體納米結(jié)構(gòu)的軟基質(zhì)材料，成為了該領(lǐng)域的一大挑戰(zhàn)。

研究團(tuán)隊(duì)以開發(fā)無染料、高安全性的“結(jié)構(gòu)色美瞳”為切入點(diǎn)，創(chuàng)新性地開發(fā)了一種三元共聚物水凝膠系統(tǒng)。該系統(tǒng)由甲基丙烯酸羥乙酯（HEMA，提供結(jié)構(gòu)完整性）、N-乙烯基吡咯烷酮（NVP，增強(qiáng)親水性與聚合效率）和 N,N-二甲基丙烯酰胺（DMAA，提供柔韌性）按優(yōu)化配比組成。在此基礎(chǔ)上，將帶負(fù)電的單分散二氧化硅（SiO?）納米顆粒嵌入光交聯(lián)前驅(qū)體中，通過靜電排斥作用實(shí)現(xiàn)自組裝，最后在紫外光（365 nm）下進(jìn)行極速固化成型。

微觀結(jié)構(gòu)、化學(xué)與力學(xué)性能分析表明，所制備三元共聚水凝膠基質(zhì)具有優(yōu)異力學(xué)可靠性，拉伸強(qiáng)度高達(dá)6.14 MPa，可為光子晶體陣列提供穩(wěn)固堅(jiān)韌的物理承載基底?；谠摶|(zhì)開發(fā)的功能化隱形眼鏡，兼具超高可見光透過率與良好生物相容性，且可維持200 天以上穩(wěn)定尺寸與完整結(jié)構(gòu)。通過精準(zhǔn)調(diào)控體系中SiO?納米顆粒粒徑，實(shí)現(xiàn)了隱形眼鏡可見光藍(lán)、綠、紅三基色波段的 “無染料” 調(diào)色，得到色彩鮮亮、高飽和度的純結(jié)構(gòu)色成像效果。

在本研究中，致真精密儀器Atom Explorer輕量款原子力顯微鏡為解析結(jié)構(gòu)色美瞳的微觀顯色機(jī)制提供了關(guān)鍵可視化證據(jù)。通過高精度形貌掃描，Atom Explorer在不同尺度下對隱形眼鏡表面的三維拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行了精準(zhǔn)表征。隨掃描范圍的變化，樣品表面清晰地呈現(xiàn)出單分散納米顆粒構(gòu)成的周期性陣列。Atom Explorer不僅精準(zhǔn)區(qū)分了納米顆粒相與水凝膠基質(zhì)相，更直觀地印證了SiO?納米微球通過自組裝形成了高質(zhì)量的“非緊密堆積”三維光子晶體結(jié)構(gòu)。這一納米尺度的形貌表征，為理解該水凝膠體系卓越的抗光漂白性、顯色機(jī)制以及微觀結(jié)構(gòu)與宏觀光學(xué)性能之間的關(guān)聯(lián)提供了直接支撐。

綜上，該研究通過優(yōu)化單體配比與結(jié)合膠體自組裝策略，成功構(gòu)建了一種兼顧力學(xué)魯棒性、快速加工性和本征可調(diào)光子特性的通用材料平臺。該研究不僅為無需外源染料的美容隱形眼鏡提供了更加安全、耐用的新一代解決方案，也為動態(tài)光學(xué)器件的研發(fā)開辟了新途徑。

Atom Explorer 輕量款原子力顯微鏡

Atom Explorer輕量款原子力顯微鏡具備亞納米級高分辨率，用于觀察樣品表面形貌、紋理，能夠在納米級別到微米級別的尺度上捕捉樣品表面的細(xì)微結(jié)構(gòu)和微小特征，為材料、芯片等樣品的表面形貌提供詳盡的視覺信息。該產(chǎn)品還集成了磁力顯微鏡、靜電力顯微鏡、開爾文探針力顯微鏡、壓電力顯微鏡；產(chǎn)品穩(wěn)定性強(qiáng)，可拓展性良好，提供定制服務(wù)。該產(chǎn)品作為高精度形貌表征和納米磁學(xué)、電學(xué)測量工具，為教學(xué)、科研及生產(chǎn)研發(fā)提供更多選擇和助力。

致真精密儀器

致真精密儀器聚焦高端科學(xué)儀器與集成電路測試設(shè)備的技術(shù)突破與自主研制，深耕微納表征、磁學(xué)測量、低溫強(qiáng)磁物性表征、半導(dǎo)體量檢測等領(lǐng)域，通過核心技術(shù)攻關(guān)與工程化落地，已成功推出系列高端科研級設(shè)備與產(chǎn)業(yè)級解決方案：

科研級核心設(shè)備：原子力顯微鏡（微納形貌表征核心設(shè)備）、高精度 VSM（振動樣品磁強(qiáng)計(jì)）、磁光克爾測量系統(tǒng)、常溫/變溫磁場探針臺系列、低溫強(qiáng)磁場光學(xué)測量平臺等；

產(chǎn)業(yè)級解決方案：晶圓級MOKE測量儀、隧穿磁阻比率測量儀、自旋芯片F(xiàn)T測試機(jī)等量檢測設(shè)備。

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