生物传感器在疾病诊断、健康监测、食品安全、环境监测等众多行业中起到十分重要的作用，尤其是在医学和生物医学工程中的应用展现出巨大的潜力。在分子层面，具有传感功能的微载体能够实现疾病标记物分子的定量检测。在细胞与组织层面，生物传感器可用于对体外培养的细胞、组织及微生理系统进行实时检测。此外，基于生物传感材料的可穿戴设备可持续监测多项身体指标，有助于提高人类生活质量。在诸多可用于制备生物传感器件的材料中，液晶由于其具有灵敏度高、易于制造等优点，可作为生物信号的放大器。特别是，液晶独特的光学特性能够将检测到的力学、生化等信号转换为易于分析的光学信号，为实际应用提供了无限可能。具有结构色的液晶生物传感器更是能够通过视觉色彩的变化对生物信号进行直观分析。

2022年5月31日，复旦大学生物医学研究院商珞然课题组与合作者在PNAS期刊发表了题为“Cholesteric cellulose liquid crystal ink for three-dimensional structural coloration”的研究性论文。该工作报道了一种用于3D打印的胆甾相纤维素液晶墨水。

胆甾相液晶是一种特殊的材料，由周期性平行排列成层状的棒状纳米颗粒或分子组成。其中，羟丙基纤维素（HPC）是一种资源丰富、生物相容性良好的长链纤维素衍生物分子。HPC在水溶液中可以在一定浓度范围内自组装成胆甾相液晶，并显示出鲜艳且具有金属光泽的结构色。通过在HPC水溶液中加入明胶和温敏性高分子水凝胶（PACA），制成了一种复合墨水（HGP）。明胶提供了理想的流变性能，PACA可以通过紫外光原位交联使模型保持打印后的形状。因此，这种墨水可以在任意的基底上形成可定制的3D结构色模型。此外，由于HPC和PACA的协同热响应性，制备的3D模型受环境温度的影响具有颜色可调性。更重要的是，由于该墨水的主要成分为纤维素衍生物和明胶，具有良好的生物相容性，是一种环境友好的3D打印原料。基于上述特性，这项研究将为可持续性3D打印和智能光子材料的应用提供新的思路和方法。

 上述光学和流变特性确保了HGP墨水可以通过直接打印进行形状加工。因此，该工作进一步地构建了一个由位移式3D打印机、紫外光源和蠕动泵组成的3D打印平台。将HGP墨水吸取入注射器，可以在蠕动泵的推动下通过3D打印机的喷嘴打印到任意部位，再通过紫外光进行聚合，赋予HGP墨水结构色并将其结构完全固定。利用这一技术，该工作展示了各种不同颜色的2D和3D结构色模型，并采用不同配比的HGP墨水展示了加工多色3D模型的能力。由于HPC和PACA都具有温度响应性，这些结构色3D打印模型具有温度传感的特性，能够根据环境温度的变化产生颜色的偏移。

 综上所述，该工作提出的 HGP 墨水具有较高的实际应用价值，尤其是在可穿戴生物传感器或可定制仿生皮肤方面有独特的优势。此外，该HGP墨水的主要成分是 HPC 和明胶，它们具有可食用性、低成本和生物相容性，因此可以代替色素、染料等应用于日常生活用品的装饰和标签，包括食品、药品、化妆品、儿童玩具等。该工作发表后被美国物理学会选为研究亮点专题报道。

原文链接：

https://www.pnas.org/doi/full/10.1073/pnas.2204113119

https://physics.aps.org/articles/v15/91