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海产品新鲜吗?“变色龙”材料一测便知

变色龙皮肤”水凝胶化学传感器能以颜色变化响应生物挥发胺蒸汽,由此指示鱼虾的新鲜程度。

当地时间5月6日,《细胞报告:物理科学》杂志发文称,受变色龙皮肤启发,中国和德国科学家将发光原(使晶体发光的分子)组织成不同的核-壳水凝胶层,开发了一种人造变色材料。由变色材料构建的双发光原水凝胶化学传感器,可通过颜色变化响应海产品腐烂时微生物释放的胺蒸汽,并指示其新鲜程度。此外,这种材料还在可伸缩电子技术、动态伪装机器人和防伪技术等领域具有潜在应用价值。

中国科学院宁波材料技术与工程研究所(NIMTE)教授Tao Chen说:“这种新型核-壳结构对发光原对的要求不高,也不需要精心设计和调节不同发光原之间复杂的光物理相互作用。这些优点对于未来构建稳定的多色材料系统至关重要。”

长期以来,科学家们一直在尝试开发“荧光颜色波动”的柔性材料,但合成材料极少能像变色龙那样巧妙地改变颜色。为了开发出仿生度更高的人工变色材料,NIMTE研究员Wei Lu等开发了一种由内而外的多发光原分层氢系统。首先,他们合成了一种红色荧光核水凝胶,作为其他层的模板;随后依次将这种水凝胶置于铕水溶液和海藻酸钠-响应性蓝/绿色荧光聚合物溶液中“孵育”。铕离子从核心水凝胶自发扩散到溶液中,诱导蓝色和绿色水凝胶层的形成。

基于水凝胶核壳层独特的重叠方式,当温度或pH值变化时,水凝胶会从红色变为蓝色或绿色。研究人员表示,蓝色和绿色荧光层的发射颜色是可以调整的,使材料显示几乎全可见光谱的颜色。Chen说:“对于制备核壳材料而言,扩散诱导界面聚合法具有高度通用性。因此,我们希望这种合成策略能够拓展到其他柔性变色材料的制造过程之中,例如:具有刺激响应结构色或颜料色变化的智能水凝胶/弹性体。”

为了测试双发光原水凝胶化学传感器的检测能力,研究人员将测试条密封在装有鲜虾、鲜鱼的盒子中。在50小时后,于-10摄氏度保存的海产品的测试条显示初始红色荧光,表明海产品仍然新鲜;而于30摄氏度保存的海产品的测试条变为绿色,表明海产品已经变质。

Chen认为,新型核-壳水凝胶和用于制造它们的扩散诱导界面聚合策略,有望应用于包括机器人技术在内的诸多领域。他说:“在不久的将来,我们计划用这种水凝胶制造仿生伪装皮肤,模仿生物皮肤的多种变色功能,并帮助机器人获得理想的伪装、显示和报警功能。”

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编译:德克斯特 审稿:西莫 责编:陈之涵

期刊来源:《细胞报告:物理科学》

期刊编号:2666-3864

原文链接:

https://phys.org/news/2021-05-artificial-color-changing-material-mimics-chameleon.html

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