灵感来源于变色龙!人工变色材料可用作化学传感器,轻松辨别海鲜是否新鲜

April 2021


“变色龙皮肤”水凝胶化学传感器颜色变化的反应,生物挥发性胺蒸汽,一个众所周知的指标,这种设计开发的两种发光水凝胶化学传感器可以通过对鱼腐烂时微生物释放的胺蒸汽做出反应而改变颜色来检测海鲜的新鲜度。这种材料还可以用于推进可伸缩电子、动态伪装机器人和防伪技术的发展。


这项研究发现,一种受变色龙皮肤启发的人工变色材料可以用作化学传感器,以确定海鲜是否新鲜。这款由中国专家开发的设备,在鱼和虾腐烂时微生物释放胺蒸汽的情况下,会从粉色变成绿色。该团队表示,这种新型材料还可以应用于防伪技术、机器人伪装和可伸缩电子产品的开发。


虽然变色龙可以很容易地改变自己的颜色,但开发能够做出类似颜色变化的软材料已被证明是一个挑战。在他们的研究中,来自中科院宁波材料所的科学家陈涛(Tao Chen)和他的同事们采用了一种与众不同的方法。


  


研究小组从黑豹变色龙身上获得了灵感,这种动物的皮肤之所以能呈现出复杂的颜色,是因为它们的皮肤色素是由两层厚厚的“虹膜”(iridophore)细胞组成的,这些细胞中含有微小的晶体,可以反射特定的波长。


与此相呼应的是,该团队创造了一种红色荧光水凝胶——一种由分散在水中的交联聚合物链制成的三维固体——他们将其孵育在铕元素的各种溶液中。


接下来,将红色凝胶核置于含有反应性蓝/绿荧光聚合物的生长溶液中。结果,铕离子从核心扩散到了周围的溶液中。水凝胶的红、蓝、绿三层重叠的方式意味着,当温度或pH值发生变化(比如胺蒸汽的释放)时,凝胶可以将其荧光颜色从红色变为蓝色或绿色。


更难得的是,这种新的核壳布局,不需要仔细选择发光原对。它也不需要精心设计和调节不同发光原之间的复杂光物理相互作用。“这些优势对于未来构建强大的多色材料系统非常重要,这些材料的性能尚未实现。”陈涛(Tao Chen)表示。


为了证明这种变色水凝胶的潜力,该团队仅用两种发光原(红色和绿色)制造了一种变体,用于化学传感器。他们将这种材料的测试长条密封在两个装有新鲜虾的盒子里,在不同的温度下放置大约两天。


在这段时间结束时,研究小组发现,与冷藏温度低于14°F(-10°C)的虾一起保存的测试条仍然是红色的,这表明海鲜仍然新鲜。相比之下,与虾一起保存在86°F(30°C)的测试条颜色变成了荧光绿色,成功地提供了贝类已经变质的警告。


研究小组称,未来可以对蓝色和绿色荧光层的发射颜色进行调整,使这种材料在几乎整个可见光谱中显示出其他颜色。他们计划利用开发出来的类似变色龙皮肤的核壳水凝胶,来制备仿生软伪装皮肤。这可以用来“模仿生物体皮肤的各种变色功能,并帮助机器人实现理想的主动伪装、显示和报警功能。”


素材来源于前瞻网