Ученые из Гонконга и КНР, опираясь на исследовании свойств кожи головоногих, разработали инновационную интеллектуальную камуфляжную систему из микрогранул на основе оксида титана, включающих динамические фотохромные нанокластеры. Об этом сообщает сайт SciTechDaily. Перевод основных положений публикации представлен изданием discover24.ru.
Кожа головоногих (морских животных с прикрепленными к голове щупальцами, таких как осьминоги и кальмары) демонстрирует исключительную способность к маскировке в дикой природе. Их кожа состоит из скоплений пигментов, способных обнаруживать изменения в настройках освещения окружающей среды и изменять свой внешний вид с помощью пигментных клеток.
Несмотря на сложность процесса, эта способность к изменению цвета в основном зависит от биомеханизма, при котором частицы пигмента складываются или разворачиваются под управлением радиальных мышц. Это природное явление послужило источником вдохновения для доктора Цзиньяо Танга и его исследовательской группы с химического факультета Университета Гонконга (HKU).
В сотрудничестве с учеными из Гонконгского университета науки и технологий и Сямыньского университета (провинция Фуцзянь, КНР) специалисты HKU разработали инновационную интеллектуальную коллоидную систему, селективную по длине волны, которая облегчает многомерное контролируемое разделение фаз видимого света.
Исследователи сформировали динамические фотохромные нанокластеры, смешивая голубые, пурпурные и желтые микрогранулы, тем самым достигая фотохромизма в макромасштабе. Этот эффект основан на индуцированном светом вертикальном фазовом расслоении в активной смеси микробусин, что приводит к обогащению цветных микрогранул, соответствующих падающему спектру.
В отличие от существующих материалов, меняющих цвет, этот новый фотохромный коллоидный рой основан на перестройке существующих пигментов, а не на создании новых хромофоров на месте, а следовательно, является более надежным и программируемым. Отчет об итогах исследования недавно опубликован в престижном академическом журнале Nature.
Самоактивирующиеся микро/наночастицы имитируют направленное плавание микроорганизмов в жидкости. В последнее время они привлекли значительное внимание в нанонауке и физике неравновесных состояний и разрабатываются для потенциальных биомедицинских приложений.
Одной из основных задач исследования активных частиц является разработка медицинских микро/нанороботов на основе этих частиц для доставки лекарств и неинвазивной хирургии. Однако размеры и относительно простая структура отдельных микро/наноактивных частиц ограничивают сложность реализации функций на их основе.
Например, фотокаталитические реакции могут изменять локальное химическое градиентное поле, которое, в свою очередь, влияет на траекторию движения соседних частиц через эффект диффузионного плавания, что приводит к дальнему притяжению или отталкиванию.
Исследовательская группа Танга смогла разработать простую систему активных микрошариков на основе оксида титана (TiO2). При фотовозбуждении окислительно-восстановительная реакция на частицах TiO2 создает химический градиент, который настраивает эффективное взаимодействие между частицами. То есть взаимодействием частица-частица можно управлять, комбинируя падающий свет разной длины волны и интенсивности.
Микрогранулы TiO2 с различной светочувствительной активностью могут быть сформированы путем выбора кодов сенсибилизации красителем с различными спектральными характеристиками. Путем смешивания нескольких микрогранул TiO2 идентичных видов, наполненных красителями с разными спектрами поглощения, и регулирования спектров падающего света реализуется сегрегация частиц по требованию.
В качестве примера практического применения разработка HKU привела к созданию из микрогранул TiO2 новых светочувствительных чернил, которые можно наносить на электронную бумагу. Принцип их действия подобен скоплениям пигмента в коже головоногих моллюсков, которые могут ощущать световое состояние окружающей среды и соответственно этому изменять внешний вид окружающих пигментных клеток.
«С дальнейшим совершенствованием технологии мы ожидаем разработки программируемых фотохромных чернил, которые можно будет использовать в различных приложениях, таких как электронные чернила, чернила для дисплеев и даже чернила для активного оптического камуфляжа», – отметил д-р Цзиньяо Тан.