一系列生物,包括变色龙,章鱼和青蛙,可以根据环境的变化改变颜色。已经获得了解剖,细胞和分子水平背后的机制的一些见解。然而,为了充分了解这种现象并将其转化为有用的人工应用,仍需要做很多工作。

复合材料模仿生物体的颜色变化-复合材料网

a)这是含有0.20wt%炭黑(CB)的球形胶体晶体的照片。二氧化硅微粒的粒径为200〜300nm,使用11种不同的粒径。b)这是使用使用具有各种粒度和CB的单分散二氧化硅颗粒制备的球形胶体晶体绘制的一个象鼻的图片。象鼻的周围用不含CB的球形胶体晶体绘制,并随着背景颜色而变化。(©Wiley)
正如Small杂志(“结合染料和染料的生物色彩材料”)所报道的,名古屋大学分子设计和工程系的研究人员开发了一种含有染料和晶体的材料,可以改变显示的颜色和图案,具体取决于在它内部使用的背景颜色以及它暴露在可见光或紫外光下。
该团队受到启发,通过在某些青蛙的皮肤中获得的发现开发这种材料,其中具有不同性质的不同层的细胞结合起来以实现显着的颜色变化。

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这是由于光照和背景颜色而使用复合色料产生的牵牛花图片的颜色变化。(©Wiley)
这种新型材料的每个组成部分都对其颜色属性起着关键作用。例如,染料将其固有的颜色贡献给材料的外观,可以通过将它们混合到不同的程度来调节它们的颜色。这些染料还包括那些在曝光时会改变颜色的染料。
球形晶体也被引入到系统中,而不是通过其固有的色素沉着影响颜色,而是通过其可以直接干扰光的微观结构影响它。最后,采用黑色颜料和不同背景颜色来改变系统其他组件显示的颜色。
“我们研究了系统中不同组件的影响,例如通过改变晶体尺寸,将背景从白色转换为黑色,或者对可见光或紫外光进行曝光,”通讯作者Yukikazu Takeoka说。“我们发现这些变化导致不同颜色在材料上显示,类似于某些生物体因其环境中的各种因素而改变颜色的方式。”

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这是由粒径为250nm的二氧化硅微粒构成的球形胶体晶体的电子显微镜照片:(a)显示一个球形胶体晶体的图像,(b)球形胶体晶体的表面图像,(c)球形胶体晶体,和(d)保持在125μm和150μm之间的网眼尺寸之间的球形胶体晶体。(©Wiley)
“这是一个令人兴奋的研究阶段,因为我们越来越能够改变一些动物用于人造设备的变色机制,”研究第一作者Miki Sakai补充道。“如果这些人造变色材料可以等于或超过一些动物(如章鱼和青蛙)制作的鲜艳显示屏,它可能在开发新显示技术方面有令人兴奋的应用。”