Des scientifiques en Chine et en Allemagne ont conçu un matériau artificiel à changement de couleur qui imite la peau de caméléon, avec des luminogènes (molécules qui font briller les cristaux) organisés en différentes couches d'hydrogel de noyau et d'enveloppe au lieu d'une matrice uniforme. Les résultats, publié le 6 mai dans la revue Rapports cellulaires Sciences physiques , démontrent qu'un chimiocapteur hydrogel à deux luminogènes développé avec cette conception peut détecter la fraîcheur des fruits de mer en changeant de couleur en réponse aux vapeurs d'amine libérées par les microbes lorsque le poisson se gâte. Le matériau peut également être utilisé pour faire avancer le développement de l'électronique extensible, robots de camouflage dynamiques, et les technologies anti-contrefaçon.

"Cette nouvelle disposition cœur-coquille ne nécessite pas un choix minutieux des paires de luminogènes, il ne nécessite pas non plus une conception et une régulation élaborées des interactions photophysiques complexes entre différents luminogènes, " dit Tao Chen, professeur à l'Institut de technologie et d'ingénierie des matériaux de Ningbo à l'Académie chinoise des sciences et auteur de l'étude. "Ces avantages sont importants pour la construction future de systèmes de matériaux multicolores robustes avec des performances encore jamais atteintes."

Alors que les scientifiques envisagent depuis longtemps de développer des matériaux souples qui peuvent facilement fluctuer entre une large gamme de couleurs fluorescentes, les matériaux synthétiques sont rarement capables de changer de teinte aussi astucieusement que les caméléons.

"La plupart des matériaux mous artificiels à changement de couleur ont été préparés en incorporant simultanément deux ou plusieurs luminogènes réactifs dans une seule matrice élastomère ou hydrogel, " dit Chen. " D'un autre côté, l'organisation de différents iridophores en deux couches superposées structurées noyau-coquille constitue une nouveauté évolutive pour les caméléons panthères qui permet à leur peau d'afficher des couleurs structurelles complexes."

Pour déterminer si les matériaux artificiels à changement de couleur pourraient être imprégnés de la structure naturelle noyau-coque de la peau de caméléon, Wei Lu, chercheur à l'Institut de technologie et d'ingénierie des matériaux de Ningbo à l'Académie chinoise des sciences, et ses collègues ont développé un système d'hydrogène en couches multi-luminogène de l'intérieur vers l'extérieur. D'abord, les chercheurs ont synthétisé un hydrogel à cœur fluorescent rouge, qui servirait de modèle pour les autres couches. Cet hydrogel de noyau a été incubé dans diverses solutions aqueuses d'Europium, après quoi le gel a été incubé dans une solution de croissance contenant de l'alginate de sodium et des polymères fluorescents bleu/vert réactifs. La diffusion spontanée des ions Europium de l'hydrogel central dans la solution environnante a déclenché la formation de couches d'hydrogel bleues et vertes.

En raison de la façon dont les couches de noyau et de coque des hydrogels se chevauchent, ils peuvent passer du rouge au bleu ou au vert lorsqu'ils sont déclenchés par des changements de température ou de pH. Les auteurs notent également que la couleur d'émission des couches fluorescentes bleue et verte pourrait être ajustée, permettant au matériau d'afficher les couleurs de presque tout le spectre visible.

"La polymérisation interfaciale induite par diffusion proposée pour préparer des matériaux core-shell s'avère générale, " dit Chen. " Il est donc fortement attendu que la stratégie synthétique proposée puisse être étendue pour produire d'autres matériaux doux à changement de couleur, tels que les hydrogels intelligents ou les élastomères avec une couleur structurelle sensible aux stimuli ou un changement de couleur de pigment."

Pour tester les capacités d'un chémocapteur fabriqué à partir d'un hydrogel à deux luminogènes pour détecter la fraîcheur des fruits de mer, Lu et ses collègues ont scellé des bandelettes de test fabriquées à partir du matériau dans des boîtes avec des crevettes ou du poisson frais pendant 50 heures. La bandelette de test stockée avec des fruits de mer à moins de -10 C a à peine changé de sa couleur rouge fluorescente d'origine, indiquant que la nourriture était encore fraîche, tandis que la bandelette de test stockée avec des fruits de mer à 30 ° C est passée à une teinte vert vif, indiquant que la nourriture était avariée.

Chen suggère que les nouveaux hydrogels noyau-enveloppe et la stratégie de polymérisation interfaciale induite par diffusion utilisée pour les fabriquer pourraient s'avérer utiles dans un large éventail de domaines scientifiques, y compris la robotique.

"Dans le futur proche, nous prévoyons d'utiliser les hydrogels core-shell développés en forme de peau de caméléon pour préparer des peaux de camouflage douces biomimétiques, qui peut être utilisé pour imiter les diverses fonctions de changement de couleur de la peau des organismes vivants et pour aider à obtenir un camouflage actif souhaitable, fonctions d'affichage et d'alarme dans les robots, " dit Chen.