魷魚利用體內(nèi)反射蛋白層次組裝為光子納米結(jié)構(gòu)，與入射光發(fā)生物理作用反射特定光波,在視覺上呈現(xiàn)虹彩色。通過模擬這種結(jié)構(gòu)，大連理工大學(xué)張淑芬團隊的牛文斌教授利用安全高效廣譜的抗菌劑-月桂酸甘油酯自組裝，模擬類魷魚的光子納米結(jié)構(gòu)，設(shè)計了一種可高效殺菌、抵抗惡劣環(huán)境的多功能交互式光子-離子皮膚，并聯(lián)合無線傳感模塊，實現(xiàn)了對多重刺激的數(shù)字化/可視化感知。以“Squid-Inspired Photonic-Ionic Skin with Anti-Freezing, Drying-Tolerance, and Antibacterial Abilities for Wirelessly Interactive Multi-Sensing”發(fā)表于《Chemical Engineering Journal》上。
該工作將表面活性劑分子月桂酸甘油酯GML自組裝成帶有雙分子層膠束，然后以周期性堆疊的形式嵌入到基于化學(xué)交聯(lián)的水凝膠基質(zhì)當中構(gòu)成光子納米結(jié)構(gòu)，得到光子水凝膠。然后再通過溶劑置換引入有機溶劑和導(dǎo)電離子液體，構(gòu)筑離子-導(dǎo)電皮膚（PIskin）。由抗菌分子制成的納米結(jié)構(gòu)不僅能產(chǎn)生類似于魷魚皮膚的結(jié)構(gòu)色，還能有效殺死金黃色葡萄球菌、枯草芽孢桿菌（革蘭氏陽性菌）和白色念珠菌（真菌），抑菌率均大于 99.9%。有機水凝膠基質(zhì)的設(shè)計使PIskin具有長期的穩(wěn)定性(>20 d)，同時承受高溫(80℃)和低溫(-80.5℃)，擴展了可視化傳感的工作溫度范圍。
當遭受拉伸或壓縮刺激時，PIskin通過調(diào)整納米結(jié)構(gòu)并配合離子的機械轉(zhuǎn)導(dǎo)，展示了快速(210 ms)，可逆(>10000循環(huán))電信號變化和連續(xù)全彩切換能力。此外，該器件基于離子熱敏性對溫度表現(xiàn)出(-20°C - 80°C)優(yōu)異的電學(xué)傳感性能。該工作演示了PIskin如變色動物的皮膚一樣，可以感知拉伸、壓力、溫度和等外界刺激，并應(yīng)用于個性化的人體義肢。PIskin通過聯(lián)合無線傳感模塊，利用自身結(jié)構(gòu)色的變化實現(xiàn)了對關(guān)節(jié)運動和觸覺的可視化感知，同時電學(xué)信號被同步地遠程傳輸至手機當中，實現(xiàn)了無線數(shù)字化反饋。此外，PIskin還可以作為溫度感知單元，通過電學(xué)信號去響應(yīng)外界溫度刺激。
該研究的最大意義在于通過抗菌小分子的層次自主裝構(gòu)建光子納米結(jié)構(gòu)，并置換非揮發(fā)和低凝固點的有機溶劑和導(dǎo)電離子液體，賦予傳統(tǒng)光子凝膠抗凍、抗干、導(dǎo)電和顯著的抗菌能力，利用光學(xué)輸出可以自我報告刺激源的形狀、位置和空間分布，還可以通過光學(xué)-電學(xué)信號輸出差異來識別刺激類型，為光子凝膠實際應(yīng)用于可穿戴柔性設(shè)備、軟智能機器人、人機界面等領(lǐng)域開辟了更多可能性。
