'Piel de camaleón' artificial que cambia de color y funciona con nanomáquinas

El material está hecho de pequeñas partículas de oro recubiertas con una capa de polímero

Los investigadores han desarrollado una "piel de camaleón" artificial que cambia de color cuando se expone a la luz y podría usarse en aplicaciones como el camuflaje activo y las pantallas dinámicas a gran escala.

El material, desarrollado por investigadores de la Universidad de Cambridge, está hecho de pequeñas partículas de oro recubiertas con una capa de polímero y luego exprimido en microgotas de agua en aceite. Cuando se exponen al calor o la luz, las partículas se unen, cambiando el color del material.

En la naturaleza, animales como los camaleones y las sepias pueden cambiar de color gracias a los cromatóforos: células de la piel con fibras contráctiles que mueven los pigmentos. Los pigmentos se extienden para mostrar su color, o se aprietan para aclarar la célula.

Los cromatóforos artificiales desarrollados por los investigadores de Cambridge se basan en el mismo principio, pero en lugar de fibras contráctiles, sus capacidades de cambio de color dependen de nanomecanismos de luz, y las 'células' son microscópicas gotas de agua.

Cuando el material se calienta a más de 32°C, las nanopartículas almacenan grandes cantidades de energía elástica en una fracción de segundo, ya que los recubrimientos de polímero expulsan todo el agua y colapsan. Esto tiene el efecto de obligar a las nanopartículas a unirse en apretados grupos. Cuando el material se enfría, los polímeros toman agua y se expanden, y las nanopartículas de oro se separan fuerte y rápidamente, como un resorte.

"Cargar las nanopartículas en las microgotas nos permite controlar la forma y el tamaño de los grupos, lo que nos proporciona dramáticos cambios de color", dijo el Dr. Andrew Salmon del Laboratorio Cavendish de Cambridge, coautor del estudio.

La geometría de las nanopartículas cuando se unen en grupos determina de qué color aparecen: cuando las nanopartículas se separan son rojas y cuando se agrupan son azul oscuro. Sin embargo, las gotas de agua también comprimen los grupos de partículas, haciendo que se sombreen entre sí y hagan que el estado agrupado sea casi transparente.

Por el momento, el material desarrollado por los investigadores de Cambridge está en una sola capa, por lo que solo puede cambiar a un solo color. Sin embargo, se podrían usar diferentes materiales y formas de nanopartículas en capas adicionales para hacer un material completamente dinámico, como la piel de camaleón real.

Los investigadores también observaron que las células artificiales pueden 'nadar' de manera simple, similar a las algas Volvox. Al encender una luz en un borde de las gotas, la superficie se despega hacia la luz y la empuja hacia adelante. Bajo una iluminación más fuerte, se forman brevemente burbujas de alta presión para empujar las gotas a lo largo de una superficie.

"Este trabajo es un gran avance en el uso de tecnología a nanoescala para hacer biomimética", dijo el coautor Sean Cormier. "Ahora estamos trabajando para replicar esto en películas de rollo a rollo para que podamos hacer metros de hojas que cambien de color. Al utilizar la luz estructurada, también planeamos usar la natación activada por la luz para "acumular" gotitas. Será realmente emocionante ver qué comportamientos colectivos se generan".

Los resultados de la investigación se informan en la revista Advanced Optical Materials: Motile Artificial Chromatophores: Light‐Triggered Nanoparticles for Microdroplet Locomotion and Color Change