研究人员开发光致变色活性胶体 用于开发新型智能材料

在自然界中，头足类动物(头部附着触手的动物)的皮肤表现出无与伦比的伪装能力。他们的皮肤含有色素基团，可以感知环境光线条件的变化，他们通过色素细胞的作用来调整自己的外观。虽然本质上错综复杂，但这种变色能力从根本上是基于一种机械机制，其中颜料颗粒在径向肌肉的控制下折叠或展开。

受这一自然过程的启发，由香港大学化学系唐金瑶博士领导的研究团队与香港科技大学和厦门大学的科学家合作，开发了一种新型波长选择性智能胶体系统，以实现光控多维相偏析。

该团队通过混合青色，品红色和黄色微珠形成动态光致变色纳米簇，在宏观尺度上实现光致变色。这种宏观光致变色依赖于活性微珠混合物中的光诱导垂直相分层，导致与入射光谱相对应的彩色微珠富集。

与现有的变色材料不同，这种新的光致变色胶体群依赖于重新排列现有的颜料，而不是原位产生新的发色团，因此更加可靠和可编程。该团队的发现为电子墨水，显示器和主动光学伪装等应用提供了一种简单的方法，代表了活性物质领域的重大突破。他们的研究结果最近发表在《自然》杂志上。

自力式活性颗粒是模拟微生物在液体中定向游泳的微/纳米颗粒。最近，它们在纳米科学和非平衡物理学中引起了极大的关注，并且正在开发用于潜在的生物医学应用。活性颗粒的主要研究目标之一是开发基于这些颗粒的医疗微/纳米机器人，用于药物输送和非侵入性手术。

然而，活性粒子的结构非常简单，其驱动机理和环境感知明显受限。特别是，单个微/纳米活性颗粒的大小和相对简单的结构限制了在其身体上实现功能的复杂性。实现未来应用的挑战和关键是如何制造结构简单的具有智能特性的活性粒子。

光动力微型游泳者是一种自驱动活性粒子，最近被开发用于创建可控纳米机器人，它为生物医学应用和功能性新材料提供了潜力，因为游泳者的活动，对准方向和粒子间相互作用可以很容易地通过入射光进行调制。另一方面，光不仅在微型游泳者中诱导光敏运动，而且还改变了粒子之间的有效相互作用。例如，光催化反应可以改变局部化学梯度场，进而通过扩散游动效应影响相邻粒子的运动轨迹，导致远距离吸引或排斥。

在这项工作中，Tang的团队设计了一个简单的波长选择性TiO2基于他们之前对光动力微型游泳者的研究的主动微珠系统。光激发后，氧化还原反应对TiO的影响2粒子产生化学梯度，调节有效的粒子-粒子相互作用。也就是说，粒子-粒子相互作用可以通过组合不同波长和强度的入射光来控制。

二氧化钛2通过选择具有不同光谱特性的染料敏化代码，可以形成具有不同光敏活性的微珠。通过混合几个原本相同的TiO2微珠种类加载不同吸收光谱的染料并调整入射光谱，实现按需颗粒偏析。

实现颗粒相偏析的目的是在微观和宏观水平上控制颗粒在液体中的聚集和分散。实际上，这通过混合可能应用于电子纸的不同光敏度的微珠，产生了一种新的光响应墨水。其原理类似于头足类动物皮肤中的色素簇，可以感知环境的光照条件，并通过其相应的动作改变周围色素细胞的外观。

“研究结果为推进我们对人工活性材料群体智能的认识做出了重大贡献，并为设计创新的有源智能材料铺平了道路。随着这一突破，我们预计可编程光致变色墨水的开发可用于各种应用，如电子墨水，显示墨水，甚至活性光学迷彩墨水，“唐金耀博士说。

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