Het was niet het resultaat dat de wetenschappers wilden.

"Toen we merkten dat het van kleur veranderde in het licht, waren we super geïrriteerd", zegt Leila Deravi, assistent-professor scheikunde en chemische biologie aan Northeastern. Dat betekende dat de stof niet stabiel genoeg was voor de toepassingen die Deravi voor ogen had.

Maar de teleurstelling was van korte duur, want Dan Wilson, een onderzoekswetenschapper aan het Kostas Research Institute in Northeastern, realiseerde zich al snel dat het resultaat eerder een functie dan een bug kon worden.

Wilson bouwde voort op de ongewenste chemische reactie om apparaten ter grootte van een dubbeltje te maken die van kleur veranderen wanneer ze zijn blootgesteld aan een schadelijke hoeveelheid ultraviolette straling, waardoor mensen kankerverwekkende huidbeschadiging kunnen voorkomen. De uitvinding is in wezen een kleine sticker die mensen op een shirt, hoed of badpak kunnen plakken als ze naar buiten gaan.

"We weten allemaal min of meer dat te veel zon op een dag met een hoge UV-index slecht is, maar we weten niet per se hoe dat zich vertaalt naar tijd in de zon", zegt Wilson. "Dit is bedoeld om een ​​visuele, kwalitatieve indicatie te geven van wanneer je te lang in de zon hebt gelegen en je zou moeten overwegen om wat tijd in de schaduw door te brengen of je zonnebrandcrème opnieuw aan te brengen."

De ontwikkeling van dit apparaat begon niet bij mensen, maar bij inktvissen.

Destijds was Wilson een postdoctoraal onderzoeksmedewerker in Deravi's Biomaterials Design Group. Het team bestudeert hoe koppotigen - tentakels zoals octopussen, inktvissen en inktvissen - zichzelf camoufleren om op te gaan in hun omgeving. Met een bijzondere focus op inktvis, hebben de onderzoekers veel mechanismen, pigmenten en chemische reacties geïdentificeerd en geïsoleerd die de dieren in staat stellen hun uiterlijk gemakkelijk te veranderen.

Toen de omslachtige ontdekking plaatsvond, testte Wilson één stof die cruciaal is voor het kleurveranderende vermogen van inktvissen:een pigment genaamd xanthommatin. Het kleine molecuul geeft de inktvishuid zijn zichtbare kleur.

Deravi's team had al ontdekt dat xanthommatine kan worden gemanipuleerd om van kleur te veranderen, en ze hoopte dat het iets zou kunnen zijn dat zou kunnen worden geïntegreerd in materialen voor een verscheidenheid aan toepassingen, zoals kleding of andere consumentenproducten. Maar om dat mogelijk te maken, zegt ze, moet xanthommatine in veel omgevingen stabiel en controleerbaar zijn.

Dus toen Wilson opmerkte dat xanthommatine van kleur zou veranderen als het in natuurlijk omgevingslicht op de laboratoriumtafel werd achtergelaten, was Deravi aanvankelijk teleurgesteld.

Maar Wilson zag deze onthulling als een kans. Als de stof reageert op de ultraviolette straling die zonlicht is, dan zou hij precies daarvoor als sensor kunnen worden gebruikt. En hij had precies de methode in gedachten.

Op de graduate school studeerde Wilson op papier gebaseerde microfluïdica. Hij gebruikte die kennis om een ​​systeem te bouwen dat kleine stukjes papier kleurt met het xanthommatinepigment en dit met een druk op de knop activeert.

Het draagbare apparaat is ongeveer zo groot als het topje van een van Wilsons vingers. Het is gemaakt van vijf dunne lagen zorgvuldig vervaardigde vellen plastic en een rond stuk papier dat is behandeld met het pigment en is uitgedroogd. De sensor wordt geactiveerd wanneer een gebruiker op de "knop" drukt, een klein vloeistofreservoir in de rand van het apparaat. Die druk duwt de vloeistof door kanalen die in een middelste laag plastic zijn gesneden om het behandelde papier te hydrateren. Als het eenmaal nat is, reageert het onder UV-straling en verandert het van geel/oranje in rood naarmate het meer is blootgesteld.

Het plastic zelf is meestal gemaakt van hetzelfde materiaal dat wordt gebruikt voor een transparant vel voor een overheadprojector. Er is een eenvoudige basislaag, dan de kanaallaag, bedekt met een laag om alle kanalen af ​​te sluiten, behalve een klein gaatje in het midden waaruit de vloeistof stroomt. De vierde laag is een spacer, met een wijd gat erin gesneden waarin Wilson voorzichtig de papiersensor plaatst met een lang, dun pincet. De sensorlaag is bedekt met een dunne plastic film die doorgaans wordt gebruikt in de wanden of het dak van een kas. Wilson koos dit materiaal omdat het zoveel mogelijk zonlicht doorlaat.

Wilson testte het apparaat onder vele omstandigheden, beschreven in een artikel dat deze maand is gepubliceerd in het tijdschrift ACS Sensors , en gekalibreerd voor UV-niveaus die mensen waarschijnlijk zullen ervaren in een reeks natuurlijke omstandigheden.

"Ik denk dat je altijd verrast bent door wat een veilige zonnetijd is", zegt hij. "Het hangt echt af van het weer, maar het kan minuten duren."

Zonnebrandcrème helpt echter wel. Wilson probeerde de sensor te coaten met zonnebrandcrème en ontdekte dat de kleurverandering veel langzamer ging. Gebruikers kunnen zonnebrandcrème op het apparaat aanbrengen wanneer ze zonnebrandcrème op hun eigen huid aanbrengen om hun toepassing af te stemmen op de waarschuwing van de sensor, zegt hij.

De onderzoekers verwachten dat mensen dit apparaat zullen gebruiken om de blootstelling aan de zon te monitoren, maar de sensor kan ook worden gebruikt in andere situaties waar het nuttig is om de blootstelling aan licht te meten. UV-straling wordt bijvoorbeeld vaak gebruikt om omgevingen te steriliseren. Deravi zegt dat deze stickers kunnen worden gebruikt om aan te geven wanneer een oppervlak lang genoeg is blootgesteld aan UV-straling om volledig te worden gesteriliseerd.