Wetenschappers in China en Duitsland hebben een kunstmatig, van kleur veranderend materiaal ontworpen dat de huid van een kameleon nabootst. met luminogenen (moleculen die kristallen laten gloeien) georganiseerd in verschillende kern- en schaalhydrogellagen in plaats van één uniforme matrix. De bevindingen, gepubliceerd op 6 mei in het tijdschrift Celrapporten Fysische Wetenschap , demonstreren dat een twee-luminogeen hydrogel-chemosensor die met dit ontwerp is ontwikkeld, de versheid van zeevruchten kan detecteren door van kleur te veranderen als reactie op aminedampen die vrijkomen door microben als vis bederft. Het materiaal kan ook worden gebruikt om de ontwikkeling van rekbare elektronica te bevorderen, dynamische camouflerende robots, en anti-namaaktechnologieën.

"Deze nieuwe kern-schaal lay-out vereist geen zorgvuldige keuze van luminogeenparen, evenmin vereist het een uitgebreid ontwerp en regulering van de complexe fotofysische interacties tussen verschillende luminogenen, " zegt Tao Chen, een professor aan het Ningbo Institute of Materials Technology and Engineering aan de Chinese Academie van Wetenschappen en een auteur van de studie. "Deze voordelen zijn belangrijk voor de toekomstige constructie van robuuste meerkleurige materiaalsystemen met nog niet behaalde prestaties."

Hoewel wetenschappers al lang voor ogen hadden om zachte materialen te ontwikkelen die gemakkelijk kunnen fluctueren tussen een breed scala aan fluorescerende kleuren, synthetische materialen kunnen zelden zo kunstzinnig van kleur veranderen als kameleons.

"De meeste kunstmatige kleurveranderende zachte materialen zijn vervaardigd door gelijktijdig twee of meer responsieve luminogenen op te nemen in één enkele elastomeer- of hydrogelmatrix, "zegt Chen. "Aan de andere kant, de organisatie van verschillende iridophores in twee boven elkaar geplaatste kern-shell gestructureerde lagen vormt een evolutionaire nieuwigheid voor panterkameleons die hun huiden om complexe structurele kleuren weer te geven."

Om te bepalen of kunstmatige kleurveranderende materialen kunnen worden doordrenkt met de natuurlijke kern-schaalstructuur van kameleonhuid, Wei Lu, een onderzoeker aan het Ningbo Institute of Materials Technology and Engineering aan de Chinese Academie van Wetenschappen, en collega's ontwikkelden een multi-luminogeen gelaagd waterstofsysteem van binnenuit. Eerst, de onderzoekers synthetiseerden een hydrogel met rode fluorescerende kern, die als sjabloon zou dienen voor de andere lagen. Deze kernhydrogel werd geïncubeerd in verschillende waterige Europium-oplossingen, waarna de gel werd geïncubeerd in een kweekoplossing die natriumalginaat en responsieve blauw/groene fluorescerende polymeren bevatte. Spontane diffusie van Europium-ionen uit de kernhydrogel in de omringende oplossing veroorzaakte de vorming van blauwe en groene hydrogellagen.

Vanwege de manier waarop de kern- en schaallagen van de hydrogels elkaar overlappen, ze kunnen veranderen van rood naar blauw of groen wanneer ze worden geactiveerd door veranderingen in temperatuur of pH. De auteurs merken ook op dat de emissiekleur van de blauwe en groene fluorescerende lagen kan worden aangepast, waardoor het materiaal kleuren uit bijna het volledige zichtbare spectrum kan weergeven.

"De voorgestelde diffusie-geïnduceerde grensvlakpolymerisatie om kern-schaalmaterialen te bereiden, blijkt algemeen te zijn, ", zegt Chen. "Er wordt dan ook sterk verwacht dat de voorgestelde synthetische strategie kan worden uitgebreid om andere zachte kleurveranderende materialen te produceren, zoals slimme hydrogels of elastomeren met op stimuli reagerende structurele kleur of pigmentkleurverandering."

Om de mogelijkheden te testen van een chemosensor gemaakt van een twee-luminogeen hydrogel om de versheid van zeevruchten te detecteren, Lu en collega's verzegelden teststrips gemaakt van het materiaal gedurende 50 uur in dozen met verse garnalen of vis. De teststrip die werd bewaard bij zeevruchten bij minder dan -10 C, veranderde nauwelijks van zijn oorspronkelijke rode fluorescerende kleur, om aan te geven dat het eten nog vers was, terwijl de teststrip die bij 30 ° C bij zeevruchten werd bewaard, verschoof naar een levendige groene tint, wat aangeeft dat het eten was bedorven.

Chen suggereert dat zowel de nieuwe core-shell hydrogels als de diffusie-geïnduceerde grensvlakpolymerisatiestrategie die wordt gebruikt om ze te maken, nuttig kunnen zijn in een breed scala aan wetenschappelijke gebieden, inclusief robotica.

"In de nabije toekomst, we zijn van plan om de ontwikkelde kameleonhuidachtige kern-schil hydrogels te gebruiken om biomimetische zachte camouflerende huiden te maken, die kan worden gebruikt om de diverse kleurveranderende functies van de huid van levende organismen na te bootsen en om de gewenste actieve camouflage te helpen bereiken, weergave- en alarmfuncties in robots, " zegt Chen.