障眼法的未来:研究人员试图模仿头足类动物的变色能力

发布时间: 2023-07-16 11:18:44 来源: 196世界之最 栏目: 新奇科技 点击: 18

头足类(头部有触手的动物,如章鱼、枪乌贼)的皮肤在野外表现出非凡的伪装能力。它们的皮肤由色素团组成,能够检测到环境光线的变化,并通过色素细胞改变其视觉效果。色素颗粒在径向肌肉的作用下折叠或展开。这一非...

头足类(头部有触手的动物,如章鱼、枪乌贼)的皮肤在野外表现出非凡的伪装能力。它们的皮肤由色素团组成,能够检测到环境光线的变化,并通过色素细胞改变其视觉效果。色素颗粒在径向肌肉的作用下折叠或展开。

障眼法的未来:研究人员试图模仿头足类动物的变色能力

这一非凡的自然现象激发了香港大学化学系唐劲尧博士及其研究团队的灵感。他们与香港科技大学和厦门大学的科学家合作,开发了一种创新的波长选择性智能胶www.196nk.cn体系统,促进了光控多维相分离。

该团队通过混合青色、品红色和黄色微珠形成动态光致变色纳米团簇,在宏观尺度上实现了光致变色。这种宏观光致变色依赖于光在活性微珠混合物中诱导的垂直相分层,导致入射光谱对应的彩色微珠富集。

与现有的变色材料不同,这种新的光致变色胶体群依赖于重新排列现有的色素,而不是在原位生成新的发色团,因此更加可靠和可编程。他们的研究成果为电子墨水、显示器和主动光学伪装等应用提供了一种简单的方法,是活性www.196nk.cn物质领域的一项重大突破。该研究成果最近发表在著名学术期刊《自然》(Nature)上。

障眼法的未来:研究人员试图模仿头足类动物的变色能力

三维相分离和光致变色胶体群。a, 光谱敏感的分层分离在三元胶体体系中的示意图,不同的光照光谱导致了明显的垂直分层。SQ2、LEG4和L0敏化TiO2胶体分别以青色、品红色和黄色表示。比例尺:50 mm: c, 使用改进的投影仪投射设计的彩色图像。 d, 曝光2分钟后,光致变色油墨表面出现六个色块。插图:投影图案。e, 曝光2分钟后,光致变色油墨表面出现校徽。f, 曝光2分钟后,不同颜色的196世界之最光致变色油墨依次形成图案。插图:原始投影图案。比例尺:2 mm。来源:香港大学

自驱动活性颗粒是模仿微生物在液体中定向游动的微/纳米颗粒。最近,它们在纳米科学和非平衡物理学领域引起了极大的关注,并正在开发潜在的生物医学应用。活性颗粒的主要研究目标之一是开发基于这些颗粒的医用微型/纳米机器人,用于药物输送和无创外科手术。然而,活性颗粒的结构非常简单,其驱动机制和环境感知受到很大限制。

特别是单个微/纳米活性颗粒的尺寸和相对简单的结构限制了在其体内实现功能的复杂性。如何在结构简单的情况下制造出具有智能特性的活性颗粒,是未来实现应用的挑战和关键。

光驱动的微泳器是一种自驱动活性颗粒,最近被开发用于制造可控纳米机器人,由于微泳器的活动、排列方向和颗粒间的相互作用可以很容易地通过入射光来调控,这为生物医学应用和功能性新材料提供了潜力。另一方面,光不仅能诱导微游子的光敏运动,还能改变粒子间的有效相互作用。例如,光催化反应可以改变局部化学梯度场,进而通过扩散游泳效应影响相邻粒子的运动轨迹,产生长程吸引或排斥。

在这项工作中,Tang团队在之前光动力微泳研究的基础上,设计了一种简单的波长选择性TiO2活性微珠系统。在光激发时,TiO2颗粒上的氧化还原反应会产生化学梯度,从而调节www.196nk.cn有效的颗粒-颗粒相互作用。

也就是说,粒子与粒子之间的相互作用可以通过不同波长和强度的入射光来控制。通过选择具有不同光谱特性的染料敏化代码,可以形成具有不同光敏活性的TiO2微珠。将几种具有不同吸收光谱的相同TiO2微珠负载染料混合,并调整入射光光谱,可实现颗粒的按需分离。

实现颗粒相分离的目的是在微观和宏观层面上控制颗粒在液体中的聚集和分散。通过混合不同光敏性的微珠,有效地得到了一种新型光致发光油墨,可应用于电子纸。其原理类似于头足类动物皮肤中的色素团,它们能够感知环境的光照条件,并通过相应的作用改变周围色素细胞的外观。

该研究成果极大地促进了我们对人工活性材料中蜂群智能的认识,并为设计创新的活性智能材料铺平了道路。有了这一突破,我们有望开发出可编程光致变色墨水,可用于电子墨水、显196世界之最示墨水甚至主动光学伪装墨水等多种应用领域。

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