【引言】

结构色的产生源自于光与周期性的微纳结构相互作用，并广泛存在于微生物、植物以及动物体中。受其启发，科学家研究了大量的有机、无机或其他材料来构筑结构色材料。得益于其对光具有调控作用而赋予的广泛应用研究价值和商业开发价值。如果赋予一种材料具有结构色特性，那将会显得它的与众不同并催生出新的应用场景。然而和自然界的中的某些结构色生物不同的是合成材料往往需要施加一定的外界刺激才能使得结构色发生变化。这在一定程度上限制了结构色材料的应用价值。赋予材料本身具备结构色调制功能就显得尤为重要。为解决这一问题，这篇文章首次将结构色水凝胶材料与心肌细胞相结合，提供了一个很好的解决方案，并且由此可能演变成为新一代的人工智能光学材料和器件。

【文章解读】

近日，东南大学的赵远锦教授团队在科学子刊Science Robotics上发表了一篇题为“Bioinspired living structural color hydrogels ” 的文章。该文章研究了利用单分散二氧化硅微球（南京彩纳生物科技有限公司提供）为模板，灌入水凝胶材料后去除模板得到具有反蛋白石结构的水凝胶多孔膜，通过在多孔膜上培养心肌细胞。当心肌细胞跳动时，可以带动水凝胶膜伸缩从而使得膜结构发生变化进而产生颜色变化。这一点和某些变色龙变色是一个原理。随后，研究人员还在心肌细胞培养液中加入某些能够促进细胞跳动的药物，伴随着材料颜色变化频率的加快，这可以非常简便的显示出心肌细胞正在加速跳动着。这项成果可以帮助心肌药物开发者们评估药物与心肌细胞的相互作用，并用于新药研发。

【图文浏览】

图1 水凝胶结构色材料自动变色示意图

A）变色龙变色示意图；

B）构筑仿生结构色水凝胶材料的过程及变色示意图；

图2 复合结构色水凝胶膜及其规律性的颜色图

A）反蛋白石结构水凝胶膜样品制备过程示意图；

B-D）光子晶体模板膜、水凝胶复合微球膜以及反蛋白石结构水凝胶膜的电镜图；

E）心肌细胞培养在水凝胶膜的荧光照片图；

F）图案化的水凝胶复合微球结构色膜固化过程示意图；

G）一个衰竭周期内的心肌细胞在结构色膜上的光学显微照片；

H）结构色水凝胶膜的反射光谱图；

I）20个循环周期内结构色水凝胶膜的反射光谱移动变化数据图。

图3  心肌细胞在具有微阵列结构的结构色水凝胶膜上培养图

A）具有微阵列结构的结构色水凝胶膜制备过程示意图；

B）细胞在不同微阵列结构的结构色水凝胶膜上的培养情况；

E）心肌细胞培养在微阵列结构的结构色水凝胶膜上的共聚焦激光扫描图；

图4  以复合水凝胶材料构筑结构色软体机器

图5细胞复合结构色水凝胶膜在器官芯片系统中的应用

【小结】

研究团队通过将单分散二氧化硅微球组装成具有结构色的光子晶体膜材料，随即通过灌入水凝胶前聚体，然后选择性的将二氧化硅去除，得到了反蛋白石结构的水凝胶光子晶体膜材料，而后创造性地将结构色水凝胶膜材料与心肌细胞相结合，获得了具有自主变色能力的智能复合水凝胶传感材料。并且由此可能演变成为新一代的人工智能光学材料和器件。这项研究的意义更多的是实现了心肌细胞跳动过程中的可视化监测，可以帮助药物研发机构轻松评估药物与心肌细胞的相互作用，并最终用于临床新药研发。

文献链接：Bioinspired living structural color hydrogels （Science Robotics  28 Mar 2018:Vol. 3, Issue 16, eaar8580 DOI: 10.1126/scirobotics.aar8580）

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【关于南京彩纳生物】

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我们的微球产品有：单分散二氧化硅微球、单分散聚苯乙烯微球、单分散介孔二氧化硅微球以及由以上材料组装而成的各种单分散性的大球。

光子晶体产品有：光子晶体膜、三维光子晶体微球以及具有结构色的光子晶体油墨等。

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