Un camaleón puede alterar el color de su piel para que se mezcle con el fondo para esconderse o se destaque para defender su territorio y atraer a una pareja. El camaleón hace que este truco se vea fácil, usando cristales fotónicos en su piel. Sin embargo, los científicos,, han luchado para hacer una "piel inteligente" de cristal fotónico que cambie de color en respuesta al medio ambiente, sin cambiar también el tamaño.
El diario ACS Nano está publicando una investigación dirigida por químicos en la Universidad de Emory que encontró una solución al problema. Desarrollaron una piel inteligente flexible que reacciona al calor y a la luz solar al tiempo que mantiene un volumen casi constante.
"Ver a un camaleón cambiar de color me dio la idea del gran avance", dice el primer autor Yixiao Dong, candidato a doctorado en el Departamento de Química de Emory. "Hemos desarrollado un nuevo concepto para una piel inteligente que cambia de color, basado enobservaciones de cómo lo hace la naturaleza "
"Los científicos en el campo de los cristales fotónicos han estado trabajando durante mucho tiempo para tratar de crear máscaras inteligentes que cambien de color para una gama de aplicaciones potenciales, como camuflaje, detección química y etiquetas antifalsificación", agrega Khalid Salaita,autor principal del artículo y profesor de química de Emory: "Si bien nuestro trabajo aún se encuentra en las etapas fundamentales, hemos establecido los principios para un nuevo enfoque para explorar y desarrollar".
Los coautores del artículo incluyen a Alisina Bazrafshan y Dale Combs estudiantes de doctorado Emory; Kimberly Clarke becaria posdoctoral de Emory; y Anastassia Pokutta, Fatiesa Sulejmani y Wei Sun del Departamento de Wallace H. Coulter de Georgia TechIngeniería Biomédica.
Además de los camaleones, muchas otras criaturas han desarrollado la capacidad de cambiar de color. Las rayas en un pez tetra de neón, por ejemplo, cambian de índigo profundo a azul verdoso cuando nadan bajo la luz solar.
La coloración en estos organismos no se basa en pigmentos, sino en pequeñas partículas en un patrón repetitivo, conocido como cristales fotónicos. La periodicidad en estas partículas hace que el material interfiera con las longitudes de onda de la luz. Aunque las partículas en sí son incoloras,el espaciado preciso entre ellos permite que ciertas ondas de luz pasen a través de ellos mientras se rechazan otros. Los colores visibles producidos cambian dependiendo de factores como las condiciones de iluminación o los cambios en la distancia entre las partículas. La iridiscencia de algunas alas de mariposa y las plumas de los pavos reales se encuentran entremuchos otros ejemplos de cristales fotónicos en la naturaleza.
Explica Dong, si pones fresas en una licuadora, el líquido resultante será rojo porque el color de las fresas proviene del pigmento. Sin embargo, si mueles las alas de mariposa iridiscentes, el resultado será un polvo opaco porque los colores del arco irisno se basaban en pigmentos, sino en lo que se conoce como "color estructural". La estructura de las matrices de cristal fotónico se destruye cuando las alas de las mariposas se muelen.
Para imitar a los camaleones y crear una piel inteligente artificial, los científicos han experimentado incrustando matrices de cristales fotónicos en polímeros flexibles o hidrogeles que contienen agua. Expandir o contraer el hidrogel cambia el espacio entre las matrices, lo que resulta en un cambio de color.Sin embargo, el problema es que la acción similar a un acordeón necesaria para generar un cambio visible en el tono hace que el hidrogel crezca o disminuya significativamente de tamaño, lo que lleva a la inestabilidad estructural y al pandeo del material.
"Nadie quiere una capa de camuflaje que se encoge para cambiar de color", señala Salaita.
Dong estaba reflexionando sobre el problema mientras miraba videos de YouTube de un camaleón. "Quería entender por qué un camaleón no se hace más grande o más pequeño a medida que cambia de color, pero sigue siendo su tamaño original", dice.
En las imágenes de primer plano de los colores cambiantes del camaleón, Dong notó que las matrices de cristales fotónicos no cubrían toda la piel, sino que se extendían dentro de una matriz oscura. A medida que los cristales fotónicos cambiaban de color, estos parchesde color se mantuvo a la misma distancia. Dong planteó la hipótesis de que las células de la piel que componen la matriz oscura se ajustaron de alguna manera para compensar los cambios en los cristales fotónicos.
"Me preguntaba si podríamos diseñar algo similar: una estructura compuesta de matrices de cristal fotónico incrustadas en una matriz que acomode la tensión", dice Dong.
Los investigadores utilizaron imanes para organizar patrones de cristales fotónicos que contienen óxido de hierro dentro de un hidrogel. Luego incrustaron estas matrices en un segundo hidrogel que no cambia de color. El segundo hidrogel elástico se ajustó mecánicamente al primer hidrogel para compensarse desplaza en las distancias entre los cristales fotónicos. Cuando se calienta, esta piel inteligente que acomoda la tensión SASS cambia de color pero mantiene un tamaño casi constante.
Dong también probó el material a la luz solar, fabricando películas SASS en forma de pez, en homenaje al neón tetra, así como en forma de hoja. Cuando se expuso a la luz solar natural durante 10 minutos, las películas SASS cambiaronde naranja a verde, sin cambiar de tamaño.
"Hemos proporcionado un marco general para guiar el diseño futuro de las pieles inteligentes artificiales", dice Dong. "Todavía hay un largo camino por recorrer para las aplicaciones de la vida real, pero es emocionante llevar el campo un paso más allá."
La investigación fue apoyada por la Oficina de Tecnologías Biológicas de la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa DARPA, los Institutos Nacionales de Salud y el Núcleo Integrado de Microscopía Electrónica Robert P. Apkarian.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Ciencias de la salud de Emory . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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