Dieren

Dit ‘slimme weefsel’ verandert van kleur dankzij de trucjes van kameleons

De nieuwe polymeer kan onder invloed van licht van kleur veranderen, een eigenschap die onder meer kan worden toegepast voor camouflage.vrijdag 13 september 2019

Door Carrie Arnold
Kameleons veranderen van kleur al naar gelang hun omgeving. Een nieuw ‘slim’ weefsel, met eenzelfde soort ontwerp als de huid van kameleons, kan onder invloed van licht van kleur veranderen.

Bij kameleons ziet het er zo simpel uit, van kleur veranderen. In hele korte tijd kunnen deze hagedissen zich een andere kleur huid aanmeten, om roofdieren te imiteren, tegen de achtergrond weg te vallen of om een partner te zoeken. Al tientallen jaren proberen wetenschappers in laboratoria het geheim van de kameleon te ontrafelen. Die jarenlange inspanningen hebben nu een nieuw slim weefsel opgeleverd dat onder invloed van zonlicht van kleur kan veranderen.

“Dit gebeurt in de natuur aan de lopende band,” vertelt Khalid Salaita, een biotechnicus aan de Amerikaanse Emory University en de hoofdauteur van een artikel dat op 11 september werd gepubliceerd in het vakblad ACS Nano.“En wij kunnen met behulp van direct zonlicht zorgen voor kleurverandering.”

Het materiaal kan voor van alles worden toegepast, van camouflagekleding en coatings tot chemische en omgevingssensoren.

Volgens biochemicus Leila Deravi van de Amerikaanse Northeastern University, die niet bij de studie betrokken was, is door het nieuwe slimme weefsel een “groot, technisch probleem” opgelost, doordat ontdekt werd hoe een kleurverandering in een polymeer tot stand kon worden gebracht zonder dat de polymeer van volume verandert.

Na-apers na-apen

Lang voordat Harry Potter zijn onzichtbaarheidsmantel aantrok, waren allerlei diersoorten al in staat om van kleur te veranderen, om diverse redenen. Onafhankelijk van elkaar ontwikkelden reptielen, de vissensoort neontetra, vlinders en Cephalopodaals octopussen en pijlinktvissen deze eigenschap.

De huid van deze dieren bevat piepkleine kristallen die dicht opeengepakt zitten, zogenaamde fotonische kristallen. In tegenstelling tot pigmenten, die van zichzelf kleur hebben, ontstaat de kleur van deze kristallen doordat ze het licht weerkaatsen en verspreiden, naar gelang hun grootte, chemische samenstelling en ordening.

Wetenschappers beschreven in een paper in Nature Communicationsin 2015 hun ontdekking dat in de huid van kameleons 'gewone’ huidcellen afgewisseld worden door huidcellen met guaninekristallen.De hagedissen kunnen deze cellen met kristallen samenpersen of buigen, waardoor het gereflecteerde licht een andere golflengte krijgt. De gewone huidcellen zetten intussen uit of krimpen in om de ‘gaten’ op te vullen.

Onderzoekers gebruikten meestal fotonische kristallen in een geleiachtige polymeer om slim weefsel te creëren dat van kleur kan veranderen. Yixiao Dong, de eerste auteur van het artikel en promovendus in het laboratorium van Salaita, stelde voor deze gebruikelijke formule aan te passen door een uit twee lagen bestaande hydrogel te creëren, net als de huid van kameleons.

“Dat klonk als de perfecte oplossing,” vertelt Salaita.

Veranderend in het licht

Het team ontwikkelde een kleine, dunne, flexibele structuur, enigszins te vergelijken met een siliconen polsbandje, die een laag bevatte van fotonische kristallen van ijzeroxide gemengd met siliciumdioxide. Chemisch gezien is het “eigenlijk een kern van roest met een buitenkant van zand,” aldus Salaita. De andere laag bevatte een kleurloze polymeer.

Vervolgens stelden de onderzoekers het weefsel bloot aan zon- en laserlicht. Dat was anders dan bij eerdere pogingen om slim weefsel te maken, waarbij meestal gebruik werd gemaakt van hoogspanning.

In een van de experimenten gaf Dong geel slim weefsel de vorm van een boomblad. Na vijf minuten in de zon was het blaadje groen geworden, waardoor het niet meer opviel tussen enkele bladeren die hij van een boom buiten het lab had geplukt. Hij toonde zo aan wat het camouflagepotentieel van het slimme weefsel is. Een zelfde soort kleurverandering bracht hij ook tot stand in een polymeer in de vorm van een vis. Vervolgens wisten Dong en Salaita nog snellere kleurwijzigingen te veroorzaken door laserlicht te gebruiken.

“Het is een knappe manier om met licht te zorgen voor kleurveranderingen,” stelt Deravi. Volgens haar is het onderzoek een goede eerste stap, maar ze voegt daar aan toe dat het nog lang zal duren voordat slimme weefsels commercieel zullen worden toegepast.

Een van de grootste uitdagingen zal zijn om weefsels te produceren die groot genoeg zijn voor kleding, panelen of andere menselijke toepassingen. Daarnaast wijst Salaita erop dat dieren veel meer controle hebben over hun kleurveranderingen en in staat zijn tot veel grotere veranderingen dan de materialen die door mensen worden gemaakt.

bekijk galerij

Het weefsel kan (nog) niet van kleur veranderen in reactie op zijn omgeving. Inktvissen en kameleons doen dat waarschijnlijk doordat ze licht waarnemen via hun huid, en er zouden heel veel spiegels en complexe optische technieken aan te pas komen om dat voor elkaar te krijgen, voegt Deravi toe.

Naar haar zeggen “moeten academische laboratoria keihard werken” om hun werk te vertalen naar in de praktijk bruikbare toepassingen, maar volgens haar is dat de moeite waard.

Tenslotte is de evolutie miljoenen jaren bezig geweest om de methoden voor kleurverandering te perfectioneren, dus dan is het verstandig dat wetenschappers hun best doen om zich een paar van die geheimen eigen te maken. “Van deze polymeren kun je alles maken wat je maar wilt,” aldus Salaita.

Dit artikel werd oorspronkelijk in het Engels gepubliceerd op NationalGeographic.com

kijk verder

Spectaculaire kleurenshow van de kameleon is helemaal niet voor camouflage

Spectaculaire kleurenshow van de kameleon is helemaal niet voor camouflage

In tegenstelling tot wat een wijdverbreide mythe en nepvideo’s suggereren, hebben kameleons een heel andere drijfveer om hun meest schitterende kleuren te laten zien.
Lees meer