基于纤维素纳米晶体的比色传感器研究进展

林 涛 王 乐 魏潇瑶 杜恒丽 殷学风

（陕西科技大学轻工科学与工程学院，陕西省造纸技术及特种纸品开发重点实验室，轻化工程国家级实验教学示范中心，中国轻工业纸基功能材料重点实验室，陕西西安，710021）

受全球变暖和能源危机的影响，环保和可再生材料备受关注[1]。充分挖掘纤维素的应用潜能将对推动可再生资源的生态化利用、缓解石化资源紧张所带来的社会发展压力，乃至实现人类的可持续发展都具有重要意义[2]。纤维素纳米晶体（CNC）是利用酸或酶去除纤维素非结晶区后剩余的高结晶区[3]，其表面含有硫酸酯基团，可以形成稳定的胶体悬浮液，并自组装成手性向列型液晶结构。在溶剂缓慢蒸发过程中，手性向列结构可以保存在固体膜中，生成的膜显示出美丽的虹彩[4]。结构色广泛存在于自然界中，引起了科研人员的极大关注。快速变色是一些生物物种伪装、发送信号和进行信息交流的有效方法，如部分甲壳虫的壳或蝴蝶的翅膀能够根据周围环境改变颜色来保护自己[5]。各种天然材料被用来模拟自然有序的纳米结构，其中棒状CNC 倾向于自组装成左旋螺旋结构，从而产生结构色。此外，CNC 具有原料易得、长径比大、光学透明、各向异性以及弹性模量高等优点，使其成为制备结构色最合适的候选材料之一[6]。

CNC 具有较大的比表面积和丰富的羟基，在传感领域具有广阔的应用前景。通过将功能分子接枝到CNC 表面或合成基于CNC 的复合材料，可以达到传感目的。近几年发展起来的基于CNC 的比色指示器的制备方法主要有两类：①复合膜法，通过改变添加剂中离子强度、盐浓度和聚电解质摩尔质量或悬浮液中水的蒸发速率，调控CNC 的螺距，导致反射光波长红移，使复合膜显示出结构色的特征[7]；②模板法，基于CNC 的胆甾液晶相，制备CNC 无机材料复合膜，在去除CNC 模板后，手性可以转移到无机材料上，所形成的膜显示出结构色[8-9]。本文介绍了近几年CNC 在比色传感器中的研究进展及应用，以期为拓展CNC在光学研究中的应用提供参考。

1 CNC的光学性质

CNC 的溶致液晶行为早在1950年就已为人所知[9]。1992年，Revol等人[10]证明，当CNC质量分数约为3%时，CNC 水分散体可以形成手性向列相。在手性向列相液晶中，利用偏振光学显微镜（POM）可以通过观察水分从CNC 分散体中蒸发时的指纹织构来确认溶致性手性向列相的形成，当间距达到可见光波长数量级时，就像一维光子结构一样[11]。纤维素及其衍生物的液晶态多属于胆甾型，而胆甾相液晶由于其分子特殊的多层螺旋状排列，具有旋光性、选择反射性和圆偏振光二色性等特殊的光学性质，会随外界条件的刺激而发生变化[12]。因此，人们有望利用这些性能开发多方面的应用，如高性能结构材料、信息记录材料、手性识别、传感器和光电材料等。

对于手性向列型结构，根据布拉格方程λ=nPsinθ，反射波长取决于螺距（P）、化合物的折射率（n）和入射光的角度（θ）[13]。P为可见光波长的数量级（400～700 nm）时，反射光颜色将变为彩色并随反射角的变化而改变。利用CNC 的这种性质，可制成具有特殊性能的CNC彩色膜[14]。可通过物理法和化学法改变P，但不论是采用哪一种方法，都必须在CNC 成膜前进行，当CNC 干燥成膜后，P将被固定[15]。在气体、湿度、压力等刺激响应下，CNC 液晶膜的螺距会增大，如图1所示，螺距的变化引起液晶膜颜色的变化，从而达到检测的目的。

图1 螺距的变化Fig.1 Variation of pitch

2 比色湿度传感器

通过吸水率诱导结构的变化来影响CNC 膜的着色，机理如图2(a)～图2(c)所示，当水渗透并吸附在整个薄膜中时，CNC 间的间隔有效地增加[16-17]。水分子可以通过2种不同的方式吸附在聚合物材料中：①通过自由吸附的分子填充空隙，在空隙可以容易地通过；②通过氢键破坏链间聚合物[18]。在CNC膜中，水不能进入单个晶体，因此，水吸附的唯一方式是水分子通过晶体之间的空隙扩散，并在它们的表面或CNC 间的界面吸附。在这2种方式中，只有界面吸附会导致薄膜膨胀，因为水会将晶体分开。如图2(d)所示，随着水蒸气摄入量的增加，发生水凝结，引发CNC 重新取向和不可逆的薄膜水合[19]。尽管纤维素的吸湿作用会引起高分子结构的变形，破坏尺寸稳定性的优势，但它为湿敏材料的应用开辟了一条独特的途径，近年来在越来越多的研究领域得到了应用。CNC薄膜的响应性颜色在传感应用中引起了人们的兴趣，其制造的几种器件可用于湿度传感。

图2 CNC膜水分吸附示意图[19]Fig.2 Schematic diagram of water adsorption of CNC membrane[19]

Xu 等人[20]和He 等人[21]将CNC 和甘油（Gly）在不同组分中混合，Yao等人[22]将CNC与聚乙二醇（PEG）复合分别制备出色彩丰富、柔韧性好和反应灵敏的彩虹膜，利用手性向列相结构的P增大导致结构色红移。除了提高复合膜的力学性能外，Gly 和PEG 的加入还不同程度地提高了复合膜的结晶度。由于Gly 具有很强的吸水能力，薄膜在不同的相对湿度和机械压缩下具有可逆的反射颜色。此外，CNC/Gly 复合悬浮液还可用作光子墨水，以获得具有独特指纹纹理的光子书写，该复合材料还表现出优异的机械和热性能，是多功能性能的补充。

使用低分子质量的增塑剂可能会有一些缺点，如降低机械性能和与湿度相关的性能，为了解决这些缺点，研究者试图用不同的增塑剂或几种增塑剂的组合。Babaei-Ghazvini 等 人[23]将PEG 和Gly 与CNC 组 成胶体悬浮液，开发了涂层薄膜形式的湿敏传感器。湿敏传感器的颜色变化在几个周期内可逆，光学指纹织构未被破坏，肉眼很容易检测到颜色变化（图3(a)～图3(b)）。在不同相对湿度下，CNC/Gly/PEG 样品色度不断变化（图3(c)）。在不同的相对湿度下，手性向列相螺距的变化导致布拉格区域的不同反射（图3(d)），调谐后的CNC 材料由于可持续性和生物相容性，非常适合用于食品和药品的包装。

图3 不同条件下偏光显微镜、CIE色度图和CNC手性向列变化示意图[23]Fig.3 Polarizing microscope and CIE chromaticity diagram of POM and Schematic diagram of the CNC chiral nematic structure[23]

Meng 等人[24]利用CNC 和多元醇（即甘油（G）、木糖醇（X）和山梨醇（S））制备了柔性湿敏复合膜，当相对湿度从30%变化到95%时，CNC-S 薄膜表现出明显的可逆颜色变化，从浅绿色到红色，该复合膜变色范围大，可逆性（＞10 次） 和稳定性好（＞10 周）。Chen 等人[25]将含亲水基团的光活性聚合物聚（3,3‘-二苯甲酮-4,4’-二羧酸二乙二醇酯）酯（PBD-PEGE） 与CNC 共组装，在共组装过程中，CNC 分子间氢键被削弱，有利于手性光子晶体（PC）纳米结构的精细调控，PC 膜对光和湿度都表现出敏感的响应，拓展了多响应的研究。

Bumbudsanpharoke 等人[26]研究了一种基于CNC 的光学比色传感器，为测量高湿度（相对湿度＞85%）的定性指标提供了一种方便的方法。在凝胶前向CNC 悬浮液中添加单价电解质（质量分数0.11%Na-Cl），使CNC 膜具有一致的粉红色，更好地反映了随着吸水率的增加而出现的可见颜色。环境湿度的增加改变了光子CNC 薄膜的颜色，使光学仪器和人眼都能观察到，在低湿和高湿的变化环境中，连续循环测试表明，所制备的指示剂在30 min内完全恢复到原来的颜色，比色响应值为99.8%。

Huang 等人[27]制备了高柔韧性、耐水性的手性向列型CNC/聚乙二醇二丙烯酸酯（PEGDA）复合膜。该复合膜通过将CNC 和PEGDA 前驱体进行共组装，然后通过紫外光固化来构建三维交联网络实现。由于CNC 和PEGDA 的水刺激响应特性，所制备的复合膜对不同体积比的乙醇/水混合物具有良好的响应性。当乙醇/水溶液比值从10∶0 变为4∶6 时，复合材料的反射率峰由480 nm 红移到744 nm，结构色由蓝变为红。随着含水量的增加，三维交联网络强烈膨胀，导致手性向列相结构螺距增大，反射率峰值不变，表明PEGDA 的三维交联网络膨胀达到最大值，同时PEGDA 的三维交联网络在一定程度上保护了CNC 的手性向列相结构不被破坏，CNC/PEGDA（8/2）复合膜可以用作水分检测仪、光子纸。

Zhang 等人[28]采用N-甲基吗啉-N-氧氧化物（NMMO）水溶液对CNC 光子薄膜进行改性。溶解机理归因于NMMO 中的高极性N—O 可以破坏纤维素分子间和分子内的氢键。NMMO 与纤维素之间的强相互作用可能使NMMO 成为一种理想的调节膜光学性质和提高其对水的响应灵敏度的试剂。用不同浓度的NMMO 溶液在CNC 薄膜上刻画字母“QLU”和蝴蝶，光子图案根据不同湿度下颜色的变化，NMMO 使CNC 膜膨胀，导致反射颜色红移，解决了平衡时间长的问题，CNC 的表面电荷密度是控制干燥固体CNC膜手性向列结构螺距大小的重要因素。

CNC 固有的吸湿性阻碍了该技术的工业化应用，因为吸水会导致涂层变软。Chowdhury 等人[29]将CNC与水性封闭型多异氰酸酯（PIC）复合，制备了一种纳米复合防潮涂料，在相对湿度90%下，与未经处理的CNC 相比，吸湿应变降低了20 个数量级，静态吸湿性研究也证实了其只有7%的吸湿率，纳米复合涂层表现出可逆的随湿度变化的颜色变化，通过吸湿应变和吸湿率测试，研究了纳米复合涂层的耐湿性。在150℃固化的纳米复合涂层吸湿率为8%，吸湿应变为0.003%；而未固化的纳米复合涂层吸湿率为38%，吸湿应变为0.6%，此材料的湿度响应在湿度传感器应用中具有潜在的用途。

Lu 等人[30]将CNC、聚N-异丙基丙烯酰胺（PNIPAM）和戊二醛复合形成一种能够同时响应湿度和热的材料，复合膜对水蒸气的响应十分灵敏，水蒸气处理30 s即可形成清晰可见的图案，且移除水蒸气后3 min 复合膜恢复初始状态，没有任何肉眼可见的痕迹遗留，经过反复的水蒸气处理循环测试，复合膜保留了完整的湿度响应能力，仅发生极轻微的结构色红移，与复合膜的结构色在湿度响应发生红移相反，复合膜对于热的响应表现为膜结构色的蓝移，当复合膜在高于36℃的环境中时，PNIPAM 发生相转变，引起复合膜层状结构的收缩，导致膜颜色的蓝移。Sui 等人[31]也用了相似的方法，将CNC、PNIPAM 和水性聚氨酯（WPU）进行复合，制备了多响应纳米复合光子膜。以戊二醛为偶联剂，通过戊二醛上的醛基与CNC 的羟基和PNIPAM 的—NH 反应，将温度响应性PNIPAM 与CNC 化学键合，WPU 的存在提高了光子膜的柔韧性。由于PNIPAM 含量的变化改变了CNC的螺旋纳米结构，使纳米复合膜呈现出不同的颜色，具有较宽的波长范围。此外，该膜对相对湿度有较好的响应性，在相对湿度25%～98%范围内具有良好的重复性，对不同极性的溶剂表现出可逆的响应。

3 比色压力传感器

将光子晶体集成到弹性体中即可通过施加机械应力来操纵它们的颜色，从而产生具有动态光学属性的材料，这些材料具有潜在的应用，如机械传感器[32]、光学涂层[33]、软显示器[34]和生物传感器[35]。最近，Boott 等人[36]报道了一种CNC 弹性体的制备，这种弹性体在施加机械应力时可以显示可逆的可见颜色。Lewis 等人[37]制备了一种CNC 弹性体，在拉伸和通过交叉偏振器观察时，它会显示出双折射的变化。Tran等人[38]优化了CNC弹性体的制备条件，还使用缓慢蒸发来生产蓝移最大的葡萄糖/CNC 薄膜。通过二甲基亚砜（DMSO）预处理、单体渗透和聚合3 步方案，可将复合薄膜转化为所需的CNC 弹性体。得到的CNC 弹性体在松弛时是无色的，当拉伸到300%时，它的颜色从红到绿再到蓝，这种颜色变化是由于在机械应力作用下P被压缩。Giese等人[39]研究了一类新型氨基树脂/CNC 复合材料，由于包埋在氨基树脂聚合物中CNC 的手性向列顺序，材料呈现高度彩虹色，且其颜色可以通过施加压力来控制，新制备的复合薄膜具有很高的柔韧性，利用这种机械灵活性，通过挤压或拉伸材料控制复合膜的光学特性。样品用一块金属轧，根据施加的压力，复合膜的颜色从红色变为蓝色（图4(a)），解释了基于压力的比色指示。Giese 等人[40]又将CNC 与脲醛树脂的复合物形成手性向列性组装，碱处理后得到手性向列性脱硫化CNC 的介孔连续体，介孔光子纤维素薄膜在膨胀时会发生快速和可逆的颜色变化（图4(b)），可用于压力传感。

图4 (a)受压前后复合膜的照片和螺距变化示意图（中）[39]；(b)膨胀后的照片[40]Fig.4 (a)Photos of composite membrane before and after compression and schematic diagram of pitch change(middle)[39]；(b)photos after expansion[40]

含有CNC 的聚乙烯醇（PVA）薄膜在严格的增湿条件下进行超低拉伸时，显示出不可逆的结构转变，尽管理论工作证明了在机械应力下从胆甾相到向列相的结构转变的可能性，但设计具有手性向列相和向列相之间可逆转变的主动可调光子结构仍然具有挑战性。最近的研究表明，在弹性基体中掺入CNC 薄膜表现出可逆的结构转变，但薄膜制备复杂，形状和向列序不能确定。Qu 等人[41]研究了由手性向列相CNC 和弹性聚氨酯（PU）组装的形状和光学记忆手性光子复合薄膜的制备，通过控制CNC/PU 质量比，可以在较大范围内调节选择反射波长和力学性能。复合膜具有良好的耐水性和机械适应性、较高的形状固定率和形状恢复率，在机械拉伸和水回收过程中表现出可逆的转变。

Kose等人[42]报道了一种合成方法，该方法能够构建具有手性向列性、均匀和可伸展的CNC/弹性体（E）复合材料，CNC-E 能够在施加机械应力的情况下发生较大的变形，并在应力消除后迅速恢复到原来的形状。当复合材料被拉伸时，交叉偏振器之间的弹性体产生明亮的干涉颜色，这种颜色随拉伸和收缩而发生显著变化。

4 比色气体传感器

4.1 比色甲醛传感器

甲醛是一种小的有毒分子，通常存在于生物环境中，如体内和污染环境中[43]，长期接触甲醛会导致许多疾病。Song等人[44]通过离子液体（1-丁基-3-甲基咪唑）辅助组装CNC 的方法，经过3-氨丙基三乙氧基硅烷改性处理，使得CNC 薄膜的颜色可控，结构足够稳定，在暴露于甲醛或丙醛等醛类气体时，其颜色发生变化。与以前的研究相比，这种方法提供了更快的制作速度和更广泛的控色能力。与Chen 等人[45]不同的是，此研究具有足够的灵活性，可以应用于各种固体衬底。然而，该传感器仅对醛类气体做出反应，不是一个多刺激响应的CNC 手性向列相系统。因此，构建能够响应甲醛气体的多响应性CNC 手性向列相系统仍是一个盲点，是多响应性功能气敏的必然追求，具有现实意义，对研究多响应功能材料非常重要。

Hou 等人[46]采用分子组装的方法制备CNC 手性光子晶体膜，一个含有阳离子基团的荧光分子（N-(3-N-苄基-N,N-二甲基丙基氯化铵)-1,8 萘酰亚胺）联氨，被组装在CNC 表面，所得复合膜对湿度和甲醛气体具有双重响应性，可通过可逆过程来响应环境湿度和甲醛气体的变化。湿度响应和气体响应之间的相互作用主要是由于水和甲醛分子之间通过水、甲醛和CNC 之间形成氢键的协同竞争效应，通过氢键在水、甲醛和CNC之间构建物理交联网络，形成了1个超灵敏的荧光开关。虽然已经开发了一些方法，但在分子水平上检测和识别痕量的甲醛仍然困难，如在活体内和潮湿的环境中或者在室内大气条件下，还需要广大研究者不断地进行探索[47]。

4.2 比色氨气传感器

Dai等人[48]设计了一种基于含Cu 离子的CNC 胆甾相液晶薄膜（CNC-Cu(II)）的氨气传感器，低掺杂Cu(II)作为调色剂的杂化膜继承了CNC 的手性向列相特征和光学活性，表明Cu(II)与带负电的CNC 之间存在很强的螯合作用。传感性能表明，CNC-Cu(II)125薄膜对氨气敏感，氨气可以合并成手性向列相的CNC 层，对CNC 上螯合的Cu(II)敏感，引起P和λ红移和有效的比色跃迁。虽然目前用于检测变质食品的传感器可以提供非常有用的结果，但它们存在价值昂贵，或需要复杂仪器的问题。由于缺乏活性官能团来进一步功能化，这些传感材料的传感能力有限，开发简单、可靠、低成本的比色“裸眼”传感器具有重要的意义。

4.3 比色蒸汽传感器

Yang 等人[49]通过氧化后CNC 组成的虹彩手性向列相薄膜表现出对酸碱度敏感的颜色变化，开发了具有韧性光子晶体OXCNC 复合膜后，研究了它对色度指示器的适用性，实现了一个智能彩色显示器，使环境触发器能够影响P，并最终可视化触发器的颜色属性。当暴露于水蒸气时，复合膜显示出从绿色到红色的颜色变化，因为水蒸气使膜膨胀，使得P在几秒钟内变长，去除水蒸气后，光子复合膜可以恢复到原来的P状态。利用这种独特的行为，光子复合膜对水溶液的蒸汽酸碱度有反应，当暴露于酸性和碱性溶液的蒸汽中时，通常会导致颜色从绿色变为红色，在酸碱度小于1.5时，约需要3 min来完成颜色变化，随着酸碱度的增加，颜色的变化发生得更快。在酸碱度为1.0～1.3 时，观察到颜色的变化足够快，只需要50 s。这是因为碱性蒸汽促进了OXCNC 的电离，从而加快了静电排斥，当去除蒸汽后，无论pH 值如何变化，红色都恢复到最初的绿色。

Bai 等人[50]提出了一种新的CNC 和柠檬酸（CA）共组装策略来制备独立的光子CNC 薄膜，通过改变CA 含量，可以在较宽的颜色范围内调节手性向列相结构和可见结构颜色。由于具有塑化效应，所制得的CNC/CA 膜具有很高的柔韧性，可以自由折叠。这类薄膜可以通过改变表观结构颜色来感知不同的外部信号，包括压缩、乙醇和碱。此外，对于挥发性化学物质，颜色变化是可逆的，确保重复使用。

挥发性酸性气体已被认为是增加空气和土地污染的一个主要问题[51]。因此，开发用户友好、经济的技术来检测这些有害气体至关重要。CNC 在其表面上具有丰富的羟基，可以作为H2O的完美吸附位点，也可充当HCl气体吸附的活性位点。CNC上的表面羟基可以作为通过形成氢键吸收H2O的活性位点，使CNC被在环境中的水分子部分覆盖。由于HCl在H2O 中的优异溶解度，吸附的H2O分子可以容易地捕获周围环境中的HCl，使CNC的质量增加，最终导致传感器的显著反应。He 等人[52]研究了手性光子复合膜，其由CNC 和蒽为中心的发光体（9，10-双((Z)-2-苯基-2-(吡啶-2-基)乙烯基)蒽，BPP2VA）以环境友好的方式共同组装而成，所获得的复合膜结合了杂化膜的光子和荧光特性，对各种挥发性酸蒸汽（如盐酸、三氯乙酸和硝酸）具有独特的响应性。更重要的是，复合膜可以回收，因为在用三氟乙酸处理后，包括荧光强度和发射峰位置在内的荧光性质可以恢复到原始水平。因此，这种混合膜有望实现具有快速的现场监控能力且经济的挥发性酸性气体检测。

5 比色溶剂传感器

研究者们通过观察鸟毛或甲壳虫的颜色不会被雨滴破坏的现象得到启发，为了防止上述缺陷，研究一种对有机溶剂而不是湿度响应的结构色薄膜将很有意义。CNC 自组装的纳米结构与多种材料具有良好的相容性，易于调节指示器的表面性质，因此CNC 纳米复合材料有望成为指示器应用的新型结构色平台。自组装CNC 中的聚合物添加剂扩大了CNC 的P，使λ红移，但很少研究CNC 基纳米复合材料对除湿度以外环境刺激的广泛和快速响应，探索CNC 纳米结构作为高灵敏度视觉传感器的广泛应用仍然具有挑战性，但非常有吸引力。Gao 等人[53]设计了一种基于CNC 和具有手性向列结构的聚乙烯吡咯烷酮（PVP）纳米复合膜，快速检测类似有机溶剂或乙醇中水分含量。由于PVP 在有机溶剂中的广泛溶解性和PVP 含量的增加，CNC/PVP 纳米复合膜在同系物（甲醇/乙醇）、骨架异构体（正丙醇/2-丙醇）、卤代烃（氯仿/二氯甲烷）和含少量水的乙醇中浸泡时，都能表现出明显的颜色变化，传感器从而起到识别的作用。由于结构颜色对溶胀状态下CNC 体积分数变化的敏感反应，导致了CNC/PVP的快速变色。

虽然许多技术被用来控制CNC 衍生材料的光学响应和手性向列结构，但目前还没有关于原始CNC具有化学选择性的外部研究来实现这一目标的报道。Zhang 等人[54]研究了未经修饰的CNC 薄膜通过从蓝色到红色的颜色变化，显示出对葡萄糖的高光学灵敏度。此外，还可通过肉眼选择性地区分仅在羟基取向方面不同的各种葡萄糖同系物或类似物。CNC 优异的化学选择性归因于碳水化合物的选择性氢键作用，与葡萄糖的紧密结合诱导了CNC 链的重排，增强了排斥作用，从而增加了手性向列结构的P，改变了宏观颜色。

Sun 等人[6]制备了一种具有有机溶剂响应性和表面疏水性的新型仿生结构色膜，CNC 提供了具有左旋螺旋性的结构色，将PEG-PPG-PEG 三嵌段共聚物（PPPTCs）与CNC 共混，通过简单的一步工艺引入低表面能化合物十六烷基三甲氧基硅烷（HDTMS）涂层，赋予了CNC 膜疏水性，防止了水中结构色的损失，得到有机溶剂响应型结构色和较宽的反射峰红移。在环己酮的刺激下，薄膜的颜色可以反复调节，红移可达107 nm，相当于宏观颜色由蓝变黄。

6 结 语

本文结合纤维素纳米晶体（CNC）的结构色与手性向列性结构，概述了近年来基于CNC 比色指示器在湿度、压力、气体和有机溶剂的外部刺激下会发生颜色变化。比色指示器的一个显著特征是可以通过引入分子、离子或聚合物来调节复合膜的着色和形态。CNC 胆甾型结构独特的构象与所加入物质的复合灵敏度在比色指示器（红移）中起着关键作用。结合CNC 的绿色、可持续性和生物相容性，可以在不久的将来用于开发简便、廉价、灵敏的比色传感器，用于检测挥发性有机化合物和有害气体。薄膜还可以设计成安全标志、标签和光学元件的形式，帮助判断真假。此外，该膜还可以作为一种功能性涂层，显示想要的任意颜色，这是装饰所需的。基于对λmax的实时响应，在环境、医疗、汽车和化学工业中具有潜在的应用。主要挑战将是扩大材料的规模，同时保持它们在实际应用中所必需的光学质量。

为了实现发展用于手性光子应用的CNC 目标，需要解决的其他关键点是：①减少薄膜的制备时间，同时保持手性向列顺序；②响应于所选触发的可预测和可再现的颜色变化；③提高机械性能，如脆性；④提高表面均匀性，减少咖啡环效应。CNC 是否能够提供具有仿生光学高质量的可扩展的手性光子薄膜的材料还有待观察，但全球在该领域出现的创新和科学将有助于为下一代仿生光学响应材料提供信息。