Científicos en China y Alemania han diseñado un material que cambia de color artificial que imita la piel del camaleón, con luminógenos moléculas que hacen que los cristales brillen organizados en diferentes capas de hidrogel de núcleo y capa en lugar de una matriz uniforme. Los hallazgos, publicados el 6 de mayo enel periódico Informes de células sobre ciencias físicas , demuestre que un quimiosensor de hidrogel de dos luminógenos desarrollado con este diseño puede detectar la frescura de los mariscos cambiando de color en respuesta a los vapores de amina liberados por microbios como desechos de pescado. El material también puede usarse para avanzar en el desarrollo de componentes electrónicos extensibles, camuflaje dinámicorobots y tecnologías contra la falsificación.
"Este novedoso diseño de núcleo y capa no requiere una elección cuidadosa de pares de luminógenos, ni tampoco un diseño elaborado y una regulación de las complejas interacciones fotofísicas entre diferentes luminógenos", dice Tao Chen, profesor del Instituto de Materiales de NingboTecnología e Ingeniería en la Academia de Ciencias de China y autor del estudio. "Estas ventajas son importantes para la construcción futura de sistemas de materiales multicolores robustos con un rendimiento aún no logrado".
Si bien los científicos han imaginado durante mucho tiempo el desarrollo de materiales blandos que pueden fluctuar entre una amplia gama de colores fluorescentes con facilidad, los materiales sintéticos rara vez pueden cambiar el tono tan ingeniosamente como lo hacen los camaleones.
"La mayoría de los materiales blandos que cambian de color artificiales se han preparado incorporando simultáneamente dos o más luminógenos sensibles en una única matriz de elastómero o hidrogel", dice Chen. "Por otro lado, la organización de diferentes iridóforos en dos capas de núcleo superpuestascapas estructuradas constituye una novedad evolutiva para los camaleones pantera que permite que sus pieles muestren colores estructurales complejos ".
Para determinar si los materiales artificiales que cambian de color podrían estar imbuidos con la estructura natural del núcleo-caparazón de la piel de camaleón, Wei Lu, investigador del Instituto de Tecnología e Ingeniería de Materiales de Ningbo en la Academia de Ciencias de China, y sus colegas desarrollaron unde hidrógeno en capas de luminógeno de adentro hacia afuera. Primero, los investigadores sintetizaron un hidrogel de núcleo rojo fluorescente, que serviría como plantilla para las otras capas. Este hidrogel de núcleo se incubó en varias soluciones acuosas de europio, después de lo cual el gel se incubó enuna solución de crecimiento que contiene alginato de sodio y polímeros fluorescentes azul / verde sensibles. La difusión espontánea de iones de europio desde el hidrogel central a la solución circundante desencadenó la formación de capas de hidrogel azul y verde.
Debido a la forma en que se superponen las capas de núcleo y capa de los hidrogeles, podrían cambiar de rojo a azul o verde cuando se desencadenan por cambios en la temperatura o el pH. Los autores también señalan que el color de emisión de las capas fluorescentes azul y verdepodría ajustarse, lo que permite que el material muestre colores de casi todo el espectro visible.
"La polimerización interfacial inducida por difusión propuesta para preparar materiales núcleo-capa resulta ser general", dice Chen. "Por lo tanto, es muy esperado que la estrategia sintética propuesta pueda expandirse para producir otros materiales suaves que cambian de color, comohidrogeles o elastómeros inteligentes con cambio de color estructural o pigmento sensible a estímulos ".
Para probar las capacidades de un quimiosensor elaborado a partir de un hidrogel de dos luminógenos para detectar la frescura de los mariscos, Lu y sus colegas sellaron las tiras reactivas hechas del material en cajas con camarones frescos o pescado durante 50 horas. La tira reactiva almacenada con mariscos a menosque -10 ° C apenas cambió de su color rojo fluorescente original, lo que indica que la comida aún estaba fresca, mientras que la tira reactiva almacenada con mariscos a 30 ° C cambió a un tono verde vivo, lo que indica que la comida se había echado a perder.
Chen sugiere que tanto los nuevos hidrogeles núcleo-caparazón como la estrategia de polimerización interfacial inducida por difusión utilizada para fabricarlos podrían resultar útiles en una amplia gama de campos científicos, incluida la robótica.
"En un futuro cercano, planeamos utilizar los hidrogeles de núcleo-caparazón similares a la piel de camaleón desarrollados para preparar pieles biomiméticas de camuflaje suave, que se pueden usar para imitar las diversas funciones de cambio de color de las pieles de los organismos vivos y para ayudar a lograrfunciones deseables de camuflaje activo, visualización y alarma en robots ", dice Chen.
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Materiales proporcionados por Prensa de celda . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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