#挑战30天在头条写日记#

图片来源：Nature

三维相分离和光致变色胶体群。a，三元胶体体系中光谱敏感分层分离的图示，其中不同的照明光谱导致独特的垂直分层。b，在红光、绿光和蓝光照射后，共聚焦显微镜成像的三元胶体颗粒的三维分布。SQ2、LEG4 和 L0 敏化 TiO 2胶体分别以青色、品红色和黄色表示。比例尺：50 毫米。c, 修改后的投影仪用于投影设计好的彩色图像。d, 曝光2分钟后，光致变色墨水表面出现六个色块。插图：投影图案。比例尺：2 毫米。e, 曝光2分钟后，大学标志出现在光致变色墨水的表面。比例尺：2 毫米。f，2 分钟曝光时，光致变色墨水与不同颜色绘画的连续图案化。插图：原始投影图案。比例尺：2 毫米。

在自然界中，头足类动物（头部附有触手的动物）的皮肤表现出无与伦比的伪装能力。他们的皮肤含有色素群，可以感知环境光线条件的变化，并通过色素细胞的作用调整自己的外表。虽然本质上很复杂，但这种变色能力从根本上是基于一种机械机制，即色素颗粒在桡骨肌肉的控制下折叠或展开。

受此自然过程的启发，香港大学（HKU）、香港科技大学和厦门大学的科学家合作的研究团队开发了一种新型波长选择性智能胶体系统，以实现光控多维相分离。

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团簇，实现了宏观尺度的光致变色。这种宏观光致变色依赖于活性微珠混合物中光诱导的垂直相分层，导致对应于入射光谱的彩色微珠的富集。

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，而不是原位生成新的发色团，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。他们的研究成果近日发表在《自然》杂志上。

自驱动活性粒子是模拟微生物在液体中定向游动的微米/纳米粒子。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，并正在为潜在的生物医学应用而开发。活性粒子的主要研究目标之一是开发基于这些粒子的医疗微/纳米机器人，用于药物输送和无创手术。

然而，活性粒子的结构非常简单，其驱动机制和环境感知受到很大限制。特别是，单个微/纳米活性粒子的尺寸和相对简单的结构限制了在其身体上实现功能的复杂性。如何在结构简单的情况下制造出具有智能特性的活性粒子，是实现未来应用的挑战和关键。

光动力微型游泳者是一种自驱动活性粒子，最近被开发出来用于制造可控纳米机器人，它为生物医学应用和功能性新型材料提供了潜力，因为游泳者活动、排列方向和粒子间相互作用可以很容易被入射光调制。另一方面，光不仅会引起微型游泳者的光敏运动，还会改变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，从而产生远距离吸引或排斥。

在这项工作中，Tang 的团队基于他们之前对光动力微型游泳者的研究，设计了一个简单的波长选择性 TiO 2活性微珠系统。光激发后，TiO 2颗粒上的氧化还原反应会产生化学梯度，从而调节有效的颗粒-颗粒相互作用。也就是说，粒子间的相互作用可以通过组合不同波长和强度的入射光来控制。

通过选择具有不同光谱特性的染料增感代码，可以形成具有不同光敏活性的TiO 2微珠。通过混合负载不同吸收光谱染料的几种其他相同的TiO 2微珠种类并调节入射光谱，实现了按需粒子分离。

图片来源：香港大学

由彩色微珠组成的新型墨水通过光驱动分离适应接收光的外观。

实现颗粒相分离的目的是从微观和宏观两个层面控制颗粒在液体中的聚集和分散。实际上，这通过混合具有不同光敏性的微珠而产生了一种新颖的光敏墨水，这种墨水可能适用于电子纸。其原理类似于头足类动物皮肤中的色素团，可以感知环境的光照情况，并通过相应的动作改变周围色素细胞的外观。

研究结果为提高我们对人工活性材料群体智能的认识做出了重大贡献，并为设计创新活性智能材料铺平了道路。

该研究成果，可用于各种应用的可编程光致变色墨水的开发，例如作为电子墨水、显示墨水，甚至是活性光学迷彩墨水。

本文参考引用信息：

Jing Zheng et al, Photochromism from wavelength-selective colloidal phase segregation, Nature (2023). DOI: 10.1038/s41586-023-05873-4