中科院利用人工變色材料研發(fā)檢測(cè)海鮮新鮮度的化學(xué)傳感器

一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，一種受變色龍皮膚啟發(fā)的人工變色材料可以用作化學(xué)傳感器，以確定海鮮是否新鮮。

這款由中國(guó)專家開發(fā)的設(shè)備，在魚和蝦腐爛時(shí)微生物釋放胺蒸汽的情況下，會(huì)從粉色變成綠色。

該團(tuán)隊(duì)表示，這種新型材料還可以應(yīng)用于防偽技術(shù)、機(jī)器人偽裝和可伸縮電子產(chǎn)品的開發(fā)。

雖然變色龍可以很容易地改變自己的顏色，但開發(fā)能夠做出類似顏色變化的軟材料已被證明是一個(gè)挑戰(zhàn)。在他們的研究中，來自中科院寧波材料所的科學(xué)家陳濤(Tao Chen)和他的同事們采用了一種與眾不同的方法。

研究小組從黑豹變色龍身上獲得了靈感，這種動(dòng)物的皮膚之所以能呈現(xiàn)出復(fù)雜的顏色，是因?yàn)樗鼈兊钠つw色素是由兩層厚厚的“虹膜”(iridophore)細(xì)胞組成的，這些細(xì)胞中含有微小的晶體，可以反射特定的波長(zhǎng)。

與此相呼應(yīng)的是，該團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造了一種紅色熒光水凝膠——一種由分散在水中的交聯(lián)聚合物鏈制成的三維固體——他們將其孵育在銪元素的各種溶液中。

接下來，將紅色凝膠核置于含有反應(yīng)性藍(lán)/綠熒光聚合物的生長(zhǎng)溶液中。結(jié)果，銪離子從核心擴(kuò)散到了周圍的溶液中。

水凝膠的紅、藍(lán)、綠三層重疊的方式意味著，當(dāng)溫度或pH值發(fā)生變化(比如胺蒸汽的釋放)時(shí)，凝膠可以將其熒光顏色從紅色變?yōu)樗{(lán)色或綠色。

更難得的是，這種新的核殼布局，不需要仔細(xì)選擇發(fā)光原對(duì)。它也不需要精心設(shè)計(jì)和調(diào)節(jié)不同發(fā)光原之間的復(fù)雜光物理相互作用。“這些優(yōu)勢(shì)對(duì)于未來構(gòu)建強(qiáng)大的多色材料系統(tǒng)非常重要，這些材料的性能尚未實(shí)現(xiàn)?！标悵?Tao Chen)表示。

為了證明這種變色水凝膠的潛力，該團(tuán)隊(duì)僅用兩種發(fā)光原(紅色和綠色)制造了一種變體，用于化學(xué)傳感器。他們將這種材料的測(cè)試長(zhǎng)條密封在兩個(gè)裝有新鮮蝦的盒子里，在不同的溫度下放置大約兩天。

在這段時(shí)間結(jié)束時(shí)，研究小組發(fā)現(xiàn)，與冷藏溫度低于14°F(-10°C)的蝦一起保存的測(cè)試條仍然是紅色的，這表明海鮮仍然新鮮。相比之下，與蝦一起保存在86°F(30°C)的測(cè)試條顏色變成了熒光綠色，成功地提供了貝類已經(jīng)變質(zhì)的警告。

研究小組稱，未來可以對(duì)藍(lán)色和綠色熒光層的發(fā)射顏色進(jìn)行調(diào)整，使這種材料在幾乎整個(gè)可見光譜中顯示出其他顏色。

他們計(jì)劃利用開發(fā)出來的類似變色龍皮膚的核殼水凝膠，來制備仿生軟偽裝皮膚。這可以用來“模仿生物體皮膚的各種變色功能，并幫助機(jī)器人實(shí)現(xiàn)理想的主動(dòng)偽裝、顯示和報(bào)警功能。”