الحرباء تلهم "البشرة الذكية" التي تغير لونها في الشمس


يمكن للحرباء تغيير لون بشرتها بحيث تمتزج في الخلفية للاختباء أو تبرز للدفاع عن أراضيها وجذب رفيقة. الحرباء يجعل هذه الخدعة تبدو سهلة ، وذلك باستخدام بلورات ضوئية في جلدها. ومع ذلك ، ناضل العلماء من أجل صنع "جلد ذكي" بلوري ضوئي يتغير لونه استجابة للبيئة ، دون تغيير في الحجم أيضًا.

تنشر مجلة ACS Nano أبحاثًا يقودها الكيميائيون في جامعة إيموري والتي وجدت حلاً للمشكلة. طوروا بشرة ذكية مرنة تتفاعل مع الحرارة وأشعة الشمس مع الحفاظ على حجم ثابت قريب.

يقول المؤلف الأول ييشياو دونغ ، وهو مرشح دكتوراه في قسم الكيمياء في إيموري: "لقد أعطاني مشاهدة ألوان تغيير الحرباء فكرة عن التقدم". "لقد طورنا مفهومًا جديدًا للجلد الذكي الذي يتغير لونه ، استنادًا إلى ملاحظات حول كيفية قيام الطبيعة بذلك."

ويضيف خالد ساليتا ، مؤلف أقدم: "يعمل العلماء في مجال البلورات الضوئية لفترة طويلة في محاولة لإنشاء جلود ذكية متغيرة الألوان لمجموعة من التطبيقات المحتملة ، مثل التمويه والاستشعار الكيميائي وعلامات مكافحة التزوير". من ورقة وأستاذ الكيمياء إيموري. "في حين لا يزال عملنا في المراحل الأساسية ، فقد وضعنا المبادئ لمقاربة جديدة لاستكشافها والبناء عليها."

من بين المؤلفين المشاركين لهذه الورقة أليسينا بازرفشان ودايل كومبس (طلاب دكتوراه إيموري) ؛ كيمبرلي كلارك (زميل إيموري بعد الدكتوراه) ؛ و Anastassia Pokutta ، و Fatiesa Sulejmani و We Sun (من قسم Georgia Medical's Wallace H. Coulter للهندسة الطبية الحيوية).

إلى جانب الحرباء ، تطورت العديد من الكائنات الأخرى القدرة على تغيير اللون. على سبيل المثال ، تتحول الخطوط الموجودة على سمكة تيترا نيون من النيلي العميق إلى الأخضر الأزرق عندما تسبح في ضوء الشمس.

لا يعتمد التلوين في هذه الكائنات على أصباغ ، ولكن على جزيئات صغيرة في نمط متكرر ، يعرف باسم البلورات الضوئية. تؤدي الدورية في هذه الجزيئات إلى تداخل المادة مع أطوال موجات الضوء. على الرغم من أن الجسيمات نفسها عديمة اللون ، فإن التباعد الدقيق بينها يسمح لموجات ضوئية معينة بالمرور عبرها بينما ترفض الآخرين. تتغير الألوان المرئية الناتجة اعتمادًا على عوامل مثل ظروف الإضاءة أو التحولات في المسافة بين الجزيئات. يعد التقزح اللوني لبعض أجنحة الفراشة وريش الطاووس من بين العديد من الأمثلة الأخرى للبلورات الضوئية في الطبيعة.

يوضح دونغ أنه إذا وضعت الفراولة في خلاط ، فإن السائل الناتج سيكون أحمر لأن لون الفراولة يأتي من صبغة. إذا كنت تطحن أجنحة الفراشة القزحية ، فإن النتيجة ستكون مسحوقًا باهتًا لأن ألوان قوس قزح لم تكن مبنية على أصباغ ، ولكن على ما يعرف باسم "اللون الهيكلي". يتم تدمير هيكل الصفائف البلورية الضوئية عندما تكون أجنحة الفراشة على الأرض.

لمحاكاة الحرباء وإنشاء بشرة ذكية اصطناعية ، جرب العلماء دمج صفائف بلورية ضوئية في بوليمرات مرنة أو تحتوي على الماء أو هيدروجيل. يؤدي تمديد أو تقليص هيدروجيل إلى تغيير التباعد بين المصفوفات ، مما يؤدي إلى تغيير اللون. ومع ذلك ، فإن المشكلة هي أن الإجراء الذي يشبه الأكورديون اللازم لإحداث تغيير مرئي في الصبغة يؤدي إلى نمو هيدروجيل أو تقليص حجمه بشكل كبير ، مما يؤدي إلى عدم الاستقرار الهيكلي ومشبك المادة.

"لا أحد يريد عباءة مموهة تتقلص لتغيير اللون" ، يلاحظ ساليتا.

كان دونغ يفكر في المشكلة أثناء مشاهدة مقاطع فيديو على YouTube للحرباء. يقول: "أردت أن أفهم لماذا لا تصبح الحرباء أكبر أو أصغر مع تغير لونها ، لكن يبقى حجمها الأصلي".

لاحظت دونغ ، في صورها عن قرب ، التي انقضت زمنًا لألوان الحرباء المتغيرة ، أن صفائف البلورات الضوئية لا تغطي الجلد بالكامل ولكنها انتشرت داخل مصفوفة داكنة. وبينما حولت البلورات الضوئية ألوانًا مختلفة ، ظلت بقع الألوان هذه على بعد المسافة ذاتها. افترض دونغ أن خلايا الجلد التي تشكل المصفوفة المظلمة مضبوطة بطريقة ما للتعويض عن التحولات في البلورات الضوئية.

يقول دونغ: "تساءلت عما إذا كان بإمكاننا تصميم شيء مشابه - بنية مركبة من مصفوفات البلورات الضوئية المضمنة في مصفوفة تستوعب الإجهاد".

استخدم الباحثون المغناطيس لترتيب أنماط من البلورات الضوئية التي تحتوي على أكسيد الحديد داخل هيدروجيل. ثم قاموا بتضمين هذه المصفوفات في هيدروجيل ثانٍ لا يتغير لونه. والثاني ، هيدروجيل نابض كان ميكانيكيا مطابقة لأول هيدروجيل للتعويض عن التحولات في المسافات بين البلورات الضوئية. عند تسخينه ، يتغير لون هذا الجلد الذكي المجهد للضغط (SASS) ولكنه يحافظ على حجم شبه ثابت.

كما اختبر Dong المادة في ضوء الشمس ، وصنع أفلام SASS في شكل سمكة ، تكريما لرباعي النيون ، وكذلك في شكل ورقة. عندما تتعرض لأشعة الشمس الطبيعية لمدة 10 دقائق ، تحولت أفلام SASS من اللون البرتقالي إلى الأخضر ، دون تغيير في الحجم.

يقول دونغ: "لقد قدمنا ​​إطارًا عامًا لتوجيه التصميم المستقبلي للجلود الذكية الاصطناعية". "لا يزال الطريق طويلًا للتطبيقات الواقعية ، لكن من المثير دفع الحقل خطوة أخرى إلى الأمام."

تم دعم البحث من قبل مكتب التقنيات البيولوجية التابع لوكالة مشاريع الأبحاث المتقدمة للدفاع (DARPA) والمعاهد الوطنية للصحة وجهاز روبرت ب.

شارك المقالة عبر:

اترك تعليقا:

اعلانك هنا

الاكتر شيوعا

Wikipedia

نتائج البحث

نموذج الاتصال

الاسم

بريد إلكتروني *

رسالة *

إجمالي مرات مشاهدة الصفحة

المشاركات الشائعة