撰文：CARRIE ARNOLD
变色龙可以根据周围环境改变皮肤颜色。一种新的“智能”皮肤可以根据光线改变颜色，其设计原理与变色龙组织的变色原理相同。
摄影：PETER R. HOULIHAN，NAT GEO IMAGE COLLECTION
变色龙变色看起来很容易。转瞬之间，这些蜥蜴就能改变皮肤的颜色来恐吓捕食者，伪装自己，或者寻找伴侣。在实验室里，科学家们花了几十年的时间试图解开变色龙变色的秘密。经过多年的研究，如今科学家们研发出一种新的智能皮肤，当暴露在阳光下时，这种智能皮肤的颜色会发生变化。
“这是大自然一直在做的事情，我们可以利用直射阳光来触发颜色改变，”艾莫利大学的生物工程师、近日发表于《美国化学会·纳米》的新论文的高级作者Khalid Salaita说。
这种材料可用于制造各种各样的东西，从迷彩服、涂料再到化学和环境传感器，不一而足。
东北大学的生物化学学者Leila Deravi没有参与这项研究，他认为这种新型的智能皮肤已经克服了“工程师们面临的一个主要问题”，即在不改变聚合物体积的情况下引发颜色改变。
模拟变色龙
早在哈利·波特穿上隐形衣之前，各种动物就出于许多不同的原因改变自身的颜色。对于这种能力，爬行动物、霓虹灯鱼、蝴蝶以及章鱼和乌贼等头足类动物都独立进化了好几次。
这些动物的皮肤细胞含有大量聚集在一起的微小晶体，又被称为光子晶体。与具有固定色彩的色素不同的是，这些晶体可根据其大小、化学成分和排列方式反射和散射光线，进而创造出不同的颜色。
在《自然通讯》2015年的一篇论文中，研究者发现变色龙的皮肤细胞中含有鸟嘌呤晶体，其间散布着“规则的”皮肤细胞。为了改变颜色，蜥蜴可以压缩或弯曲其含有晶体的细胞，进而使不同波长的光反射。与此同时，正常的皮肤细胞可以膨胀或收缩来填补任何缝隙。
为了在实验室中研发变色智能皮肤，科学家们通常将光子晶体嵌入凝胶状聚合物中。这项新研究的第一作者、Salaita实验室的博士生Yixiao Dong建议创造一种两层水凝胶来调整这个配方，就像变色龙的皮肤一样。
“听起来像是一个完美的解决方案，”Salaita说。
在阳光下变色
研究团队创造了一个小而薄的柔性结构，就像硅胶手镯一样，包含一层嵌入氧化铁和二氧化硅的光子晶体。在化学水平上，“就像是一个带沙壳的铁锈核，”Salaita说。另一层则含有无色聚合物。
接下来，他们将新研发的皮肤暴露在阳光和激光下。之前的智能皮肤通常使用高压电流触发，新方法显然不同。
在一项实验中，Dong将一张黄色皮肤制作成叶子形状。在曝露于阳光下五分钟后，这片叶子变成了绿色，与他从实验室外的一棵树上剪下的一些叶子融为一体，显示出这种智能皮肤的伪装潜力。他使用一个鱼形聚合物进行了类似的颜色改变尝试。Dong和Salaita随后用激光完成了更快速的颜色改变。
Deravi说：“这是一个使用光线改变颜色的聪明方法。”她称这项工作是良好的开端，同时还表示智能皮肤投入商业使用还需要很长时间。
最大的挑战之一是如何把智能皮肤做的足够大，进而用于服装、仪表板和其他人类用途。Salaita还指出，动物对自身的颜色变化有更好的控制能力，能比人类制造的材料产生更剧烈的变化。
新研发的智能皮肤还不能随着周围环境的变化而改变颜色。头足类动物和变色龙可能是通过感知皮肤中的光线来做到这一点的，这需要大量的镜子和复杂的光学系统来完成，Deravi补充道。
“对于学术实验室来说，将研究成果转化为现实世界的应用是一场持续不断的斗争，”她说道，但她相信这是值得的。
毕竟，进化已经花了数百万年的时间来完善这些变色系统，所以对科学家来说，试图借用一些原理是有意义的。“这些聚合物可以制造成任何你想要的东西，”Salaita说。
（译者：流浪狗）
来源：国家地理中文网（官V）
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