Un material artificial que cambia de color e imita la piel del camaleón puede detectar la frescura del marisco
Científicos de China y Alemania han diseñado un material artificial que cambia de color y que imita la piel del camaleón, con luminógenos (moléculas que hacen brillar a los cristales) organizados en diferentes capas de hidrogeles de núcleo y cáscara en lugar de una matriz uniforme. Los resultados, publicados el 6 de mayo en la revista Cell Reports Physical Science, demuestran que un quimiosensor de hidrogel con dos luminógenos desarrollado con este diseño puede detectar la frescura de los alimentos marinos al cambiar de color en respuesta a los vapores de amina liberados por los microbios cuando el pescado se estropea. El material también puede utilizarse para avanzar en el desarrollo de la electrónica extensible, los robots de camuflaje dinámico y las tecnologías contra la falsificación.
Esta imagen muestra el cambio de color del quimiosensor basado en la "piel de camaleón" en respuesta a los vapores de aminas volátiles biogénicas, que son un indicador bien conocido del deterioro del pescado y las gambas.
Lu et al./Cell Reports Physical Science
"Esta novedosa disposición del núcleo en forma de concha no requiere una cuidadosa elección de los pares de luminógenos, ni un elaborado diseño y regulación de las complejas interacciones fotofísicas entre los distintos luminógenos", afirma Tao Chen, profesor del Instituto de Tecnología e Ingeniería de Materiales de Ningbo de la Academia China de Ciencias y autor del estudio. "Estas ventajas son importantes para la futura construcción de sistemas de materiales multicolores robustos con un rendimiento aún no alcanzado".
Aunque los científicos llevan mucho tiempo imaginando el desarrollo de materiales blandos que puedan fluctuar entre una amplia gama de colores fluorescentes con facilidad, los materiales sintéticos rara vez son capaces de cambiar de tonalidad tan ingeniosamente como lo hacen los camaleones.
"La mayoría de los materiales blandos artificiales que cambian de color se han preparado incorporando simultáneamente dos o más luminógenos sensibles en una sola matriz de elastómero o hidrogel", dice Chen. "Por otro lado, la organización de diferentes iridóforos en dos capas estructuradas de núcleo y cáscara superpuestas constituye una novedad evolutiva para los camaleones pantera que permite que sus pieles muestren colores estructurales complejos".
Para determinar si los materiales artificiales que cambian de color podrían imbuirse de la estructura natural de núcleo-caparazón de la piel de los camaleones, Wei Lu, investigador del Instituto de Tecnología e Ingeniería de Materiales de Ningbo de la Academia China de Ciencias, y sus colegas desarrollaron un sistema de hidrógenos en capas multiluminógenas desde dentro hacia fuera. En primer lugar, los investigadores sintetizaron un hidrogel central rojo fluorescente, que serviría de plantilla para las demás capas. Este hidrogel central se incubó en varias soluciones acuosas de europio, tras lo cual el gel se incubó en una solución de crecimiento que contenía alginato de sodio y polímeros fluorescentes azules/verdes sensibles. La difusión espontánea de los iones de europio desde el núcleo del hidrogel hacia la solución circundante desencadenó la formación de capas de hidrogel azul y verde.
Debido a la superposición de las capas del núcleo y de la envoltura de los hidrogeles, éstos podían cambiar de rojo a azul o verde al ser activados por cambios de temperatura o de pH. Los autores también señalan que el color de emisión de las capas fluorescentes azul y verde podría ajustarse, lo que permitiría al material mostrar colores de casi todo el espectro visible.
"La polimerización interfacial inducida por difusión que se ha propuesto para preparar materiales de tipo core-shell resulta ser general", dice Chen. "Por lo tanto, es muy de esperar que la estrategia sintética propuesta pueda ampliarse para producir otros materiales blandos que cambien de color, como hidrogeles inteligentes o elastómeros con cambio de color estructural que responda a estímulos o pigmentos".
Para probar la capacidad de un quimiosensor fabricado a partir de un hidrogel de dos luminógenos para detectar la frescura del marisco, Lu y sus colegas sellaron las tiras de prueba fabricadas con el material en cajas con gambas o pescado fresco durante 50 horas. La tira de prueba almacenada con marisco a menos de -10 °C apenas cambió su color rojo fluorescente original, lo que indicaba que el alimento seguía siendo fresco, mientras que la tira de prueba almacenada con marisco a 30 °C cambió a un tono verde intenso, lo que indicaba que el alimento se había estropeado.
Chen sugiere que tanto los novedosos hidrogeles de núcleo como la estrategia de polimerización interfacial inducida por difusión que se utilizó para fabricarlos podrían resultar útiles en una amplia gama de campos científicos, incluida la robótica.
"En un futuro próximo, tenemos previsto utilizar los hidrogeles camaleónicos desarrollados para preparar pieles blandas de camuflaje biomiméticas, que pueden utilizarse para imitar las diversas funciones de cambio de color de las pieles de los organismos vivos y para ayudar a conseguir las deseables funciones de camuflaje activo, visualización y alarma en los robots", afirma Chen.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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