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Na natureza, a pele dos cefalópodes (animais com tentáculos presos à cabeça) exibe uma capacidade de camuflagem inigualável. Sua pele contém grupos de pigmentos que podem sentir mudanças nas condições de luz do ambiente e ajustar sua aparência por meio da ação das células de pigmento. Embora complexa por natureza, essa capacidade de mudança de cor é fundamentalmente baseada em um mecanismo mecânico no qual as partículas de pigmento são dobradas ou desdobradas sob o controle dos músculos radiais.
Inspirado por esse processo natural, uma equipe de pesquisa liderada pelo Dr. Jinyao TANG, do Departamento de Química da Universidade de Hong Kong (HKU), desenvolve um novo sistema coloidal inteligente de comprimento de onda seletivo para alcançar a segregação de fase multidimensional controlada por luz em colaboração com cientistas da Universidade de Ciência e Tecnologia de Hong Kong e da Universidade de Xiamen. A equipe forma nanoaglomerados fotocrômicos dinâmicos misturando microesferas ciano, magenta e amarelo, alcançando o fotocromismo em escala macro. Este fotocromismo macroscópico depende da estratificação de fase vertical induzida por luz na mistura de microesferas ativas, resultando no enriquecimento de microesferas coloridas correspondentes ao espectro incidente.
Ao contrário dos materiais de mudança de cor existentes, este novo enxame coloidal fotocrômico depende da reorganização dos pigmentos existentes, em vez de gerar novos cromóforos no local e é, portanto, mais confiável e programável. Suas descobertas fornecem um método simples para aplicações como tinta eletrônica, displays e camuflagem óptica ativa, representando um grande avanço no campo da matéria ativa. O resultado da pesquisa foi publicado recentemente na revista acadêmica Natureza.
Partículas ativas auto-acionadas são micro/nanopartículas que imitam a natação direcional de microorganismos em líquido. Recentemente, eles atraíram atenção significativa em nanociência e física de não-equilíbrio e estão sendo desenvolvidos para potenciais aplicações biomédicas. Um dos principais objetivos de pesquisa de partículas ativas é desenvolver micro/nanorobôs médicos baseados nessas partículas para administração de medicamentos e cirurgia não invasiva. No entanto, a estrutura das partículas ativas é muito simples e seu mecanismo de condução e percepção do ambiente são significativamente limitados. Em particular, o tamanho e a estrutura relativamente simples das micro/nano partículas ativas individuais restringem a complexidade da implementação de funções em seu corpo. O desafio e a chave para realizar a aplicação futura é como fazer partículas ativas com características inteligentes, apesar de sua estrutura simples.
Micronadadores movidos a luz, um tipo de partículas ativas auto-acionadas, foram recentemente desenvolvidos com o objetivo de criar nanorobôs controláveis, que oferecem potencial para aplicação biomédica e novos materiais funcionais, pois a atividade do nadador, a direção do alinhamento e a interação entre partículas podem ser prontamente modulado com luz incidente. Por outro lado, a luz não apenas induz movimento fotossensível em micronadadores, mas também altera a interação efetiva entre as partículas. Por exemplo, reações fotocatalíticas podem alterar o campo de gradiente químico local, que por sua vez afeta a trajetória de movimento de partículas vizinhas por meio do efeito de nado por difusão, resultando em atração ou repulsão de longo alcance.
Neste trabalho, a equipe de Tang projetou um sistema simples de microesferas ativas de TiO2 com seleção de comprimento de onda com base em pesquisas anteriores sobre micronadadores movidos a luz. Após a fotoexcitação, a reação redox nas partículas de TiO2 gera um gradiente químico, que sintoniza a interação partícula-partícula efetiva. Ou seja, a interação partícula-partícula pode ser controlada pela combinação de luz incidente de diferentes comprimentos de onda e intensidades. Microesferas de TiO2 com diferentes atividades fotossensíveis podem ser formadas selecionando códigos de sensibilização de corantes com diferentes características espectrais. Ao misturar várias espécies de microesferas de TiO2 idênticas carregadas com corantes de diferentes espectros de absorção e ajustar o espectro de luz incidente, a segregação de partículas sob demanda é realizada.
O objetivo de realizar a segregação da fase de partículas é controlar a agregação e a dispersão das partículas no líquido nos níveis micro e macro. Efetivamente, isso resultou em uma nova tinta fotorresponsiva, misturando microesferas com diferentes fotossensibilidades que podem ser aplicadas a papel eletrônico. O princípio é semelhante aos aglomerados de pigmento na pele dos cefalópodes que podem sentir a condição de luz do ambiente e alterar a aparência das células de pigmento circundantes por meio de suas ações correspondentes.
“Os resultados da pesquisa contribuíram significativamente para o avanço do nosso conhecimento de inteligência de enxame em materiais ativos artificiais e abriram o caminho para o design de materiais inteligentes ativos inovadores. Com esse avanço, antecipamos o desenvolvimento de tinta fotocromática programável que pode ser utilizada em várias aplicações, como tinta eletrônica, tinta para display e até mesmo tinta de camuflagem óptica ativa’, concluiu o Dr. Jinyao Tang.
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