變色龍可以根據(jù)周圍環(huán)境改變皮膚顏色。一種新的“智能”皮膚可以根據(jù)光線改變顏色，其設(shè)計(jì)原理與變色龍組織的變色原理相同。
變色龍變色看起來很容易。轉(zhuǎn)瞬之間，這些蜥蜴就能改變皮膚的顏色來恐嚇捕食者，偽裝自己，或者尋找伴侶。在實(shí)驗(yàn)室里，科學(xué)家們花了幾十年的時(shí)間試圖解開變色龍變色的秘密。經(jīng)過多年的研究，如今科學(xué)家們研發(fā)出一種新的智能皮膚，當(dāng)暴露在陽光下時(shí)，這種智能皮膚的顏色會(huì)發(fā)生變化。
“這是大自然一直在做的事情，我們可以利用直射陽光來觸發(fā)顏色改變，”艾莫利大學(xué)的生物工程師、近日發(fā)表于《美國(guó)化學(xué)會(huì)·納米》的新論文的高級(jí)作者Khalid Salaita說。
這種材料可用于制造各種各樣的東西，從迷彩服、涂料再到化學(xué)和環(huán)境傳感器，不一而足。
東北大學(xué)的生物化學(xué)學(xué)者Leila Deravi沒有參與這項(xiàng)研究，他認(rèn)為這種新型的智能皮膚已經(jīng)克服了“工程師們面臨的一個(gè)主要問題”，即在不改變聚合物體積的情況下引發(fā)顏色改變。
模擬變色龍
早在哈利·波特穿上隱形衣之前，各種動(dòng)物就出于許多不同的原因改變自身的顏色。對(duì)于這種能力，爬行動(dòng)物、霓虹燈魚、蝴蝶以及章魚和烏賊等頭足類動(dòng)物都獨(dú)立進(jìn)化了好幾次。
這些動(dòng)物的皮膚細(xì)胞含有大量聚集在一起的微小晶體，又被稱為光子晶體。與具有固定色彩的色素不同的是，這些晶體可根據(jù)其大小、化學(xué)成分和排列方式反射和散射光線，進(jìn)而創(chuàng)造出不同的顏色。
在《自然通訊》2015年的一篇論文中，研究者發(fā)現(xiàn)變色龍的皮膚細(xì)胞中含有鳥嘌呤晶體，其間散布著“規(guī)則的”皮膚細(xì)胞。為了改變顏色，蜥蜴可以壓縮或彎曲其含有晶體的細(xì)胞，進(jìn)而使不同波長(zhǎng)的光反射。與此同時(shí)，正常的皮膚細(xì)胞可以膨脹或收縮來填補(bǔ)任何縫隙。
為了在實(shí)驗(yàn)室中研發(fā)變色智能皮膚，科學(xué)家們通常將光子晶體嵌入凝膠狀聚合物中。這項(xiàng)新研究的第一作者、Salaita實(shí)驗(yàn)室的博士生Yixiao Dong建議創(chuàng)造一種兩層水凝膠來調(diào)整這個(gè)配方，就像變色龍的皮膚一樣。
“聽起來像是一個(gè)完美的解決方案，”Salaita說。
在陽光下變色
研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造了一個(gè)小而薄的柔性結(jié)構(gòu)，就像硅膠手鐲一樣，包含一層嵌入氧化鐵和二氧化硅的光子晶體。在化學(xué)水平上，“就像是一個(gè)帶沙殼的鐵銹核，”Salaita說。另一層則含有無色聚合物。
接下來，他們將新研發(fā)的皮膚暴露在陽光和激光下。之前的智能皮膚通常使用高壓電流觸發(fā)，新方法顯然不同。
在一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)中，Dong將一張黃色皮膚制作成葉子形狀。在曝露于陽光下五分鐘后，這片葉子變成了綠色，與他從實(shí)驗(yàn)室外的一棵樹上剪下的一些葉子融為一體，顯示出這種智能皮膚的偽裝潛力。他使用一個(gè)魚形聚合物進(jìn)行了類似的顏色改變嘗試。Dong和Salaita隨后用激光完成了更快速的顏色改變。
Deravi說：“這是一個(gè)使用光線改變顏色的聰明方法。”她稱這項(xiàng)工作是良好的開端，同時(shí)還表示智能皮膚投入商業(yè)使用還需要很長(zhǎng)時(shí)間。
最大的挑戰(zhàn)之一是如何把智能皮膚做的足夠大，進(jìn)而用于服裝、儀表板和其他人類用途。Salaita還指出，動(dòng)物對(duì)自身的顏色變化有更好的控制能力，能比人類制造的材料產(chǎn)生更劇烈的變化。
新研發(fā)的智能皮膚還不能隨著周圍環(huán)境的變化而改變顏色。頭足類動(dòng)物和變色龍可能是通過感知皮膚中的光線來做到這一點(diǎn)的，這需要大量的鏡子和復(fù)雜的光學(xué)系統(tǒng)來完成，Deravi補(bǔ)充道。
“對(duì)于學(xué)術(shù)實(shí)驗(yàn)室來說，將研究成果轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)世界的應(yīng)用是一場(chǎng)持續(xù)不斷的斗爭(zhēng)，”她說道，但她相信這是值得的。
畢竟，進(jìn)化已經(jīng)花了數(shù)百萬年的時(shí)間來完善這些變色系統(tǒng)，所以對(duì)科學(xué)家來說，試圖借用一些原理是有意義的。“這些聚合物可以制造成任何你想要的東西，”Salaita說。
【科學(xué)家利用變色龍研發(fā)出新型變色“智能”皮膚】相關(guān)文章：
★ 科學(xué)家:地震損失可能導(dǎo)致智利科學(xué)后退
★ 天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)宇宙奇特“四重奏行星”
★ 美國(guó)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)巨大質(zhì)量黑洞不斷噴涌X射線
★ 我國(guó)境內(nèi)天空出現(xiàn)“雙星伴月”(圖集)
★ 怎樣理解運(yùn)動(dòng)物體的偏轉(zhuǎn)現(xiàn)象？
★ 荷蘭科學(xué)家要用太平洋塑料垃圾建小島 可住50萬人
