Eine Garnele, nachdem sie 50 Stunden über 86 ° F gelagert wurde Wei Lu, Tao Chen
Biomimetische, weiche Tarnhäute können eines Tages verwendet werden, um die Farbwechselfunktionen der Häute lebender Organismen zu replizieren und eine aktive Tarnung zu erreichen und den Weg für revolutionäre Veränderungen in der Robotik zu ebnen. Ein internationales Team von Wissenschaftlern aus China und Deutschland hat dies getanein Schritt in Richtung dieses Ziels - während gleichzeitig eine neuartige Technologie etabliert wird, mit der die Frische von Meeresfrüchten erkannt werden kann.
Wissenschaftler haben ein künstliches Farbwechselmaterial entwickelt, das die Chamäleonhaut nachahmt, indem sie Luminogene Moleküle, die Kristalle zum Leuchten bringen in verschiedene Kern- und Schalenhydrogelschichten anstatt in eine einheitliche Matrix organisieren. Dies geht aus einer in der Zeitschrift veröffentlichten Studie hervor. Cell Reports Physical Science .
Dank dieses neuen Designs kann ein Zwei-Luminogen-Hydrogel-Chemosensor verwendet werden, um die Frische von Meeresfrüchten zu erfassen, indem die Farbe entsprechend dem Amin geändert wird - einer organischen Verbindung, die durch Ersetzen eines oder mehrerer Wasserstoffatome in Ammoniak durch organische Gruppen entsteht - Dämpfe, die von Mikroben emittiert werdenwie Fisch geht schlecht.
Inspiration aus der Zukunft
Dieses Konzept reicht einige Jahrzehnte zurück, seit Wissenschaftler bereits die Entwicklung weicher Materialien ins Auge gefasst haben. das kann leicht die Farbe ändern . Es ist jedoch selten, dass synthetische Materialien ihren Farbton so kunstvoll ändern wie Chamäleons - die Natur hatte schließlich Millionen von Jahren Zeit, um die Kunst zu perfektionieren.
"Die meisten künstlichen farbwechselnden weichen Materialien wurden hergestellt, indem zwei oder mehr ansprechende Luminogene gleichzeitig in ein einzelnes Elastomer oder eine Hydrogelmatrix eingebaut wurden", erklärt der Autor Tao Chen, Professor am Ningbo-Institut für Materialtechnologie und -technik der Chinesischen Akademieof Sciences. "Andererseits stellt die Organisation verschiedener Iridophore in zwei übereinanderliegende Schichten mit Kern-Schale-Struktur eine evolutionäre Neuheit für Pantherchamäleons dar, die es ihren Häuten ermöglicht, komplexe Strukturfarben zu zeigen."
Aber wie erreicht man 'Farben'?
Wissenschaftler entwickelten das Wasserstoffgerät mit mehreren Luminogenschichten, indem sie zunächst ein rot fluoreszierendes Kernhydrogel synthetisierten, um festzustellen, ob künstliche farbverändernde Materialien von der normalen Kern-Schale-Struktur der Chamäleonhaut durchdrungen werden können. Dies diente als Vorlage für die anderen SchichtenDieses Kernhydrogel wurde dann in verschiedenen wässrigen Europiumlösungen und in einer Wachstumslösung inkubiert, die Natriumalginat und empfängliche blau / grün fluoreszierende Polymere enthielt.
Die Bildung von blauen und grünen Hydrogelschichten wurde durch die spontane Diffusion von Europiumionen aus dem zentralen Hydrogel in die umgebende Lösung verursacht. Dank der Überlappung der Kern- und Schalenschichten der Hydrogele konnten sie von rot nach blau oder wechselngrün als Reaktion auf Temperatur- oder pH-Änderungen.
Außerdem kann die Emissionsfarbe der blau und grün fluoreszierenden Schichten geändert werden, sodass das Material Farben aus nahezu dem gesamten sichtbaren Spektrum anzeigen kann.
"Die vorgeschlagene diffusionsinduzierte Grenzflächenpolymerisation zur Herstellung von Kern-Schale-Materialien erweist sich als allgemein", schlägt Chen vor. "Es wird daher sehr erwartet, dass die vorgeschlagene Synthesestrategie erweitert werden kann, um andere weiche farbverändernde Materialien wie zintelligente Hydrogele oder Elastomere mit auf Reize ansprechenden Strukturfarben oder Pigmentfarbveränderungen. "
Anwendungen
Während der Experimente wurde der Chemosensor verwendet, um die Frische von Meeresfrüchten zu bestimmen, indem Teststreifen aus dem Material in Kisten mit frischen Garnelen oder Fisch 50 Stunden lang versiegelt wurden. Es wurde festgestellt, dass der Teststreifen mit Meeresfrüchten bei weniger als 14 ° F - gelagert wurde10 ° C änderte seine ursprüngliche rot fluoreszierende Farbe nicht wirklich - dies bedeutet, dass das Essen noch frisch war -, während das andere, das bei 30 ° C gelagert wurde, einen leuchtend grünen Farbton annahm. Dies bedeutete "Don"den Fisch nicht essen oder riechen - einfach wegwerfen "in gewisser Weise, weil er verwöhnt wurde.
Während das Erkennen von verdorbenen Fischen möglicherweise nicht so verwandt erscheint, hat dies zahlreiche mögliche Anwendungen in der Robotik .
"In naher Zukunft planen wir, die entwickelten hautähnlichen Kern-Schale-Hydrogele aus Chamäleon zur Herstellung biomimetischer, weicher Tarnhäute zu verwenden, mit denen die verschiedenen Farbveränderungsfunktionen der Häute lebender Organismen nachgeahmt und deren Erreichung unterstützt werden könnenwünschenswerte aktive Tarn-, Anzeige- und Alarmfunktionen in Robotern ", sagt Chen.