Вдохновленная этим естественным процессом, исследовательская группа, возглавляемая доктором Цзиньяо ТАНГОМ с химического факультета Университета Гонконга (HKU), в сотрудничестве с учеными из Гонконгского университета науки и техники разрабатывает новую интеллектуальную коллоидную систему, селективную по длине волны, для достижения управляемой светом многомерной фазовой сегрегации. и Сямыньский университет. Команда формирует динамические фотохромные нанокластеры путем смешивания голубых, пурпурных и желтых микрошариков, добиваясь фотохромизма в макромасштабе. Этот макроскопический фотохромизм основан на вызванном светом вертикальном фазовом расслоении в смеси активных микрошариков, что приводит к обогащению окрашенных микрошариков, соответствующих падающему спектру.

В отличие от существующих материалов, изменяющих цвет, этот новый фотохромный коллоидный рой основан на перестройке существующих пигментов, а не на создании новых хромофоров на месте и, следовательно, является более надежным и программируемым. Их результаты обеспечивают простой метод для таких применений, как электронные чернила, дисплеи и активный оптический камуфляж, что представляет собой крупный прорыв в области активного вещества. Результаты исследования недавно опубликованы в академическом журнале Природа.

Самоактивирующиеся активные частицы - это микро-/наночастицы, которые имитируют направленное плавание микроорганизмов в жидкости. В последнее время они привлекли значительное внимание в нанонауке и неравновесной физике и разрабатываются для потенциальных биомедицинских применений. Одной из основных целей исследований активных частиц является разработка медицинских микро/нанороботов на основе этих частиц для доставки лекарств и неинвазивной хирургии. Однако структура активных частиц очень проста, а их приводной механизм и восприятие окружающей среды значительно ограничены. В частности, размер и относительно простая структура отдельных микро-/наноактивных частиц ограничивают сложность реализации функций в их организме. Задача и ключ к реализации будущего применения заключается в том, как создать активные частицы с интеллектуальными характеристиками, несмотря на их простую структуру.

Недавно были разработаны микроплаватели с питанием от света, тип самоактивирующихся активных частиц, с целью создания управляемого наноробота, который обладает потенциалом для биомедицинского применения и новых функциональных материалов, поскольку активность пловца, направление выравнивания и взаимодействие между частицами можно легко модулировать падающим светом. С другой стороны, свет не только вызывает светочувствительное движение в микропереключателях, но и изменяет эффективное взаимодействие между частицами. Например, фотокаталитические реакции могут изменять локальное поле химического градиента, что, в свою очередь, влияет на траекторию движения соседних частиц посредством эффекта диффузионного плавания, приводящего к притяжению или отталкиванию на большие расстояния.

В этой работе команда Тана разработала простую систему активных микрошариков TiO2 с селективностью по длине волны, основанную на их предыдущих исследованиях микрошариков с питанием от света. При фотовозбуждении окислительно-восстановительная реакция на частицах TiO2 создает химический градиент, который регулирует эффективное взаимодействие частиц между собой. То есть взаимодействием частица-частица можно управлять, комбинируя падающий свет с различными длинами волн и интенсивностями. Микрогранулы TiO2 с различной светочувствительной активностью могут быть сформированы путем выбора кодов сенсибилизации красителя с различными спектральными характеристиками. Путем смешивания нескольких идентичных в остальном видов микрошариков TiO2, загруженных красителями с различными спектрами поглощения, и регулировки спектров падающего света осуществляется разделение частиц по требованию.

Целью реализации фазового разделения частиц является контроль агрегации и диспергирования частиц в жидкости как на микро-, так и на макроуровне. По сути, это привело к созданию новых фоточувствительных чернил путем смешивания микрошариков с различной светочувствительностью, которые можно наносить на электронную бумагу. Принцип действия аналогичен пигментным скоплениям в коже головоногих моллюсков, которые могут ощущать освещенность окружающей среды и изменять внешний вид окружающих пигментных клеток посредством соответствующих действий.

"Результаты исследования внесли значительный вклад в расширение наших знаний о роевом интеллекте в искусственных активных материалах и проложили путь к разработке инновационных активных интеллектуальных материалов. Благодаря этому прорыву мы ожидаем разработки программируемых фотохромных чернил, которые можно было бы использовать в различных приложениях, таких как электронные чернила, чернила для дисплеев и даже активные оптические камуфляжные чернила", - заключил доктор Цзиньяо Тан.