Bläckfiskar - som inkluderar bläckfiskar, bläckfisk, och bläckfisk — är mästare på förklädnad. De kan kamouflera för att exakt matcha sin omgivning på några sekunder, och ingen forskare har riktigt kunnat replikera skådespelet. Men ny forskning av Leila Deravi, biträdande professor i kemi och kemisk biologi vid Northeastern, för oss ett steg närmare.

Kromatofororganen, som visas som hundratals flerfärgade fräknar på ytan av en bläckfisks kropp, bidra till snabba förändringar i hudfärg. I en tidning som publicerades förra veckan i Avancerade optiska material , Deravis grupp beskriver sitt arbete med att isolera pigmentgranulerna i dessa organ för att bättre förstå deras roll i färgförändringar. Forskarna upptäckte att dessa granuler har anmärkningsvärda optiska egenskaper och använde dem för att göra tunna filmer och fibrer som kunde inkorporeras i textilier, flexibla displayer, och framtida färgskiftande enheter. Deravis labb samarbetade med U.S. Army Natick Soldier Research, Utveckling, och Engineering Center för studien.

Kromatoforer finns i röda nyanser, gul, brun, och apelsin. De liknar fräknar på mänsklig hud som dyker upp med tiden. Men hos bläckfiskar, dessa fräknar öppnas och stängs inom en bråkdel av en sekund för att ge upphov till en kontinuerligt omkonfigurerad hudfärg. Under kromatoforerna finns ett lager av iridoforer som fungerar som en spegel. Tillsammans, dessa organ reflekterar alla färger av synligt ljus.

Genom att ta bort enskilda pigmentpartiklar från bläckfisken, Deravi kunde utforska bredden i deras kapacitet som statiska material. En partikel är bara 500 nanometer stor, som är 150 gånger mindre än diametern på ett människohår. Deravis team skiktade och omorganiserade partiklarna och fann att de kunde producera en expansiv färgpall.

"Vi visar att dessa pigment är ett kraftfullt verktyg som kan producera ultratunna filmer som är riktigt rika på färger, " sa Deravi.

Hennes team upptäckte också att pigmenten kan sprida både synligt och infrarött ljus. Detta förbättrar ljusstyrkan och ljusabsorptionen och påverkar hur en slutlig färg uppfattas. Och när Deravi konstruerade ett system som inkluderade en spegel – som efterliknar layouten av organ som bläckfiskar har naturligt – kunde hon ytterligare förstärka den upplevda färgen genom att sprida ljus genom och från granulerna. Denna process kan potentiellt replikeras på funktionella material som solceller för att öka absorptionen av solljus, sa Deravi.

"Ur ett vetenskapligt och tekniskt perspektiv, förstå hur ljusspridning påverkar färgen är mycket viktigt, och detta är en spännande ny utveckling inom området optik i biologi, "sade Richard Osgood, en samarbetspartner från U.S. Army Natick Soldier Research, Utveckling, och Engineering Center. "Detta är en ovanlig användning av optik och fysikkunskap i spridning för att förstå biologiska system."

Forskarna gjorde spolar av fibrer av bläckfiskarnas pigmentpartiklar och undersöker nu användningsområden för materialet. Fibrerna är så visuellt intressanta att det inte är svårt att föreställa sig att väva dem till tyg för kläder eller andra konstformer. Men den kanske mest spännande möjliga applikationen är bärbar, flexibla skärmar och textilier som är kapabla till adaptiv färgning. Osgood sa att forskningen kan tillåta armén att skapa nya kapaciteter för soldater.

"I mer än ett decennium, forskare och ingenjörer har försökt att replikera denna process och bygga dessa enheter som kan matcha färg, färgförändring, och kamouflera precis som bläckfiskarna, men många av dem kommer inte i närheten av hastigheten eller det dynamiska färgomfånget som djuren kan visa, " Sade Deravi. "Bläckfiskar har utvecklats för att införliva dessa specifika pigmentgranuler av en anledning, och vi börjar pussla ihop vad den anledningen är."