Scienziati in Cina e Germania hanno progettato un materiale che cambia colore artificiale che imita la pelle del camaleonte, con luminogeni (molecole che fanno brillare i cristalli) organizzati in diversi strati di idrogel del nucleo e del guscio invece di una matrice uniforme. Le scoperte, pubblicato il 6 maggio sulla rivista Cell Report Scienze fisiche , dimostrare che un chemosensore idrogel a due luminogeni sviluppato con questo design può rilevare la freschezza dei frutti di mare cambiando colore in risposta ai vapori di ammina rilasciati dai microbi come bottino di pesce. Il materiale può essere utilizzato anche per far progredire lo sviluppo dell'elettronica estensibile, robot mimetici dinamici, e tecnologie anticontraffazione.

"Questo nuovo layout core-shell non richiede un'attenta scelta delle coppie di luminogeni, né richiede un elaborato disegno e regolazione delle complesse interazioni fotofisiche tra diversi luminogeni, "dice Tao Chen, professore al Ningbo Institute of Materials Technology and Engineering presso l'Accademia cinese delle scienze e autore dello studio. "Questi vantaggi sono importanti per la futura costruzione di robusti sistemi di materiali multicolori con prestazioni non ancora raggiunte".

Mentre gli scienziati hanno a lungo immaginato lo sviluppo di materiali morbidi in grado di fluttuare facilmente tra un'ampia gamma di colori fluorescenti, i materiali sintetici sono raramente in grado di cambiare tonalità con la stessa abilità dei camaleonti.

"La maggior parte dei materiali morbidi artificiali che cambiano colore sono stati preparati incorporando contemporaneamente due o più luminogeni reattivi in ​​un singolo elastomero o matrice di idrogel, "dice Chen. "D'altra parte, l'organizzazione di diversi iridofori in due strati sovrapposti strutturati nucleo-guscio costituisce una novità evolutiva per i camaleonti pantera che consente alle loro pelli di mostrare colori strutturali complessi."

Per determinare se i materiali artificiali che cambiano colore potrebbero essere impregnati della struttura naturale del nucleo-guscio della pelle di camaleonte, Wei Lu, un ricercatore presso il Ningbo Institute of Materials Technology and Engineering presso l'Accademia cinese delle scienze, e colleghi hanno sviluppato un sistema di idrogeno stratificato multi-luminogeno dall'interno verso l'esterno. Primo, i ricercatori hanno sintetizzato un idrogel centrale fluorescente rosso, che servirebbe da modello per gli altri livelli. Questo nucleo idrogel è stato incubato in varie soluzioni acquose di Europio, dopodiché il gel è stato incubato in una soluzione di crescita contenente alginato di sodio e polimeri fluorescenti blu/verdi sensibili. La diffusione spontanea di ioni europio dall'idrogel centrale nella soluzione circostante ha innescato la formazione di strati di idrogel blu e verde.

A causa del modo in cui gli strati del nucleo e del guscio degli idrogel si sovrapponevano, potrebbero cambiare dal rosso al blu o al verde se innescati da variazioni di temperatura o pH. Gli autori notano anche che il colore di emissione degli strati fluorescenti blu e verde potrebbe essere regolato, consentendo al materiale di visualizzare i colori da quasi l'intero spettro visibile.

"La proposta polimerizzazione interfacciale indotta da diffusione per preparare materiali core-shell si rivela generale, ", afferma Chen. "È quindi altamente previsto che la strategia sintetica proposta possa essere ampliata per produrre altri materiali morbidi che cambiano colore, come idrogel intelligenti o elastomeri con colore strutturale sensibile agli stimoli o cambiamento di colore del pigmento."

Per testare le capacità di un chemosensore realizzato da un idrogel a due luminogeni per rilevare la freschezza dei frutti di mare, Lu e colleghi hanno sigillato le strisce reattive realizzate con il materiale in scatole con gamberi o pesce freschi per 50 ore. La striscia reattiva conservata con frutti di mare a meno di -10 C è cambiata appena dal suo colore rosso fluorescente originale, indicando che il cibo era ancora fresco, mentre la striscia reattiva conservata con frutti di mare a 30 ° C si è spostata su una vivida tonalità verde, indicando che il cibo era andato a male.

Chen suggerisce che sia i nuovi idrogel core-shell che la strategia di polimerizzazione interfacciale indotta da diffusione utilizzata per realizzarli potrebbero rivelarsi utili in una vasta gamma di campi scientifici, compresa la robotica.

"Nel futuro prossimo, abbiamo in programma di utilizzare gli idrogel core-shell sviluppati simili a pelle di camaleonte per preparare pelli mimetiche morbide biomimetiche, che può essere usato per imitare le diverse funzioni che cambiano colore della pelle degli organismi viventi e per aiutare a ottenere un camuffamento attivo desiderabile, funzioni di visualizzazione e allarme nei robot, "dice Chen.