Klug verdrahtet

Die Kunst des künstlichen Farbwechsels

Von Johanna Michaels
23.09.2019
, 18:47
Berühmter Farbwechsel: Chamäleons können durch optische Interferenzeffekte die Farbe ihrer Haut verändern
Wissenschaftler entwickeln nach dem Vorbild der Chamäleons eine künstliche Haut, die wie die kleinen Schuppentiere die Farbe wechseln kann. Eine besondere Rolle spielt dabei die Struktur des Materials.
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Chamäleons können nicht nur wunderbar mit den Augen rollen, sie putzen sich auch nach Belieben heraus. Ihre berühmteste Fähigkeit ist wohl der Farbwechsel, mit dem sie unter anderem potentielle Partner anlocken. Die Färbung erhält ihre Haut dabei nicht durch Pigmente, sondern durch optische Interferenzeffekte auf der periodischen Struktur ihres Schuppengewands.

Diese Eigenschaft nahmen sich nun Wissenschaftler aus Atlanta zum Vorbild für eine künstliche Haut, die ebenfalls die Farbe wechseln kann. Sie betteten dazu photonische Kristalle in ein Hydrogel ein, das sich auf einen hin Reiz ausdehnt oder zusammenzieht. Je nach Abstand der Kristalle zueinander werden bestimmte Wellenlängen des Lichts ausgelöscht, und die Haut erscheint in einer anderen Farbe.

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Dieser Ansatz ist nicht neu, bisher hatten solche künstlichen Chamäleonhäute aber einen Nachteil: Um die Farbe zu wechseln, mussten sie sich so stark verformen, dass sie dadurch instabil wurden. Wie die Forscher in „ACS Nano“ berichten, lösten sie dieses Problem, nachdem sie festgestellt hatten, dass nur ein kleiner Teil der Hautzellen beim Chamäleon zur Färbung beiträgt. Das übrige Gewebe scheint eine starke Verformung abzufedern. Sie beschichteten daraufhin ein elastisches Polymer mit kleinen Hydrogelkacheln.

Das Hydrogel ist in kleine Kacheln unterteilt. Bei einem Farbwechsel fängt so das durchsichtige Untermaterial die Verformung auf.
Das Hydrogel ist in kleine Kacheln unterteilt. Bei einem Farbwechsel fängt so das durchsichtige Untermaterial die Verformung auf. Bild: ACS Nano 2019

Ziehen sich bei äußeren Reizen wie Licht oder Wärme die Kacheln zusammen, wird die Verformung von der dehnbaren Unterschicht ausgeglichen. Die künstliche Haut behält so beim Farbwechsel ihre Größe nahezu bei, während herkömmliche Häute sich um rund zwanzig Prozent verkleinern. Mögliche Anwendungen für ihre Erfindung sehen die Forscher in der Entwicklung von Tarnmustern, als Kommunikationsmittel oder als neues Sicherheitsmerkmal auf Geldscheinen.

Quelle: F.A.Z.
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