从含羞草到可控变形材料丨从变色龙到变色纳米材料

来源：中国微米纳米技术学会

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含羞草为什么“害羞”？因为它的叶枕处有上下两层细胞。日常情况下，叶枕内的两层细胞都含水而膨胀，支撑着打开的叶片。当我们碰它叶子的时候，叶枕内的上层细胞水分会从细胞中流向组织，从而使得细胞收缩变小，但下层细胞不会有什么变化，于是就出现叶片向一边倾斜的状况。

通过比较刺激前后叶枕处细胞形态，我们会发现：叶枕中的两层细胞在刺激前后，会产生膨胀压差异，正是这个差异带来叶枕的变形；而叶枕中的细胞都排列规整并有一定取向，这个取向结构又决定了含羞草的叶片只能是上下开合。

中科院深圳先进技术研究院的仿生智能材料研究团队利用含羞草这种变形的普适性原理，设计出了一种可控变形的材料。

他们选用一种从海洋褐藻中提取出来的天然多糖——海藻酸钠来做验证实验。他们首先制备出许多带沟槽的模板，把海藻酸钠溶液浇上去，用钙离子进行交联，钙离子交联的过程就和“卤水点豆腐”一样，让原本的溶液固化成固体。通过控制样品与钙离子接触的时间，就可以让样品出现类似含羞草的变形，而且是变形成一个完美的螺旋结构。利用这种变形，可以研究出具有生物活性的仿生人工血管，那将为心血管疾病患者提供全新的治疗方案。

研究团队将仿含羞草材料这种可伸缩与舒张的特性与变色龙皮肤中的周期性纳米结构相结合，还设计出一种可快速变色的周期性纳米结构，变色时间只需要0.2秒。

变色龙能通过改变肤色来表达情绪，是因为变色龙皮肤中有这样一些周期性排列的小颗粒，当变色龙情绪变化时，它就通过皮肤的收缩与舒张来改变皮肤中周期结构的距离，进而改变肤色。比如，当变色龙情绪平静的时候，皮肤中小颗粒间的距离排列非常紧密，这时皮肤呈现绿色；当变色龙兴奋激动的时候，皮肤会舒张进而使得紧密排列的颗粒距离增大，这时用肉眼来看，它的皮肤就会从绿色变为橙色。

会变色的纳米材料有什么作用呢？团队已研发出一种仿生美瞳，它不仅像普通美瞳产品那样可以个性化定制不同色彩，最重要的一点是，由于使用了这种仿生结构色材料，它可以及时根据佩戴者的眼压变化，作出颜色的反应。

如果让青光眼患者戴上他们研发的仿生美瞳，当青光眼患者眼压变化时，眼球表面张力会发生改变，这个作用力会触发隐形眼镜颜色变化，比如眼压正常时，隐形眼镜颜色为红色，当眼压升高时，隐形眼镜颜色会变成蓝色，那就告诉患者“需要赶紧滴降眼压药了”。不过，目前他们的实验还没有进入临床阶段，但他们相信，仿生智能材料方向的研究最终一定会造福人类。