La capacité du calmar à changer la couleur de sa peau en réponse à des informations environnementales complexes fascine les scientifiques depuis des décennies. Des chercheurs chinois se sont inspirés du calmar pour créer une nouvelle peau artificielle qui peut non seulement résister au froid extrême, mais aussi tuer les bactéries et les champignons, ouvrant la porte à une gamme d’applications potentielles.
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Comme d’autres céphalopodes, poissons tropicaux et caméléons, les calmars possèdent des nanostructures photoniques périodiques qui leur permettent de changer la couleur de la peau en réponse à des stimuli environnementaux externes, ainsi que pour le camouflage, la communication et la parade nuptiale.
Sous la surface de la peau du calmar, il y a des milliers de cellules appelées chromatophores qui sont associées au système nerveux. Au centre du chromatophore se trouve un sac élastique rempli de pigment. Les contractions musculaires contrôlent la taille des chromatophores, changeant la couleur de la peau du calmar et leur permettant de changer leur motif pour correspondre aux roches ou aux coraux à proximité. Les protéines de réflectine présentes dans certaines espèces de calmars réfractent la lumière et sont responsables de la pigmentation et de l’irisation dynamiques de l’animal.
Dans le passé, les chercheurs ont adapté ce processus pour créer une peau qui retient la chaleur, ainsi que des dispositifs qui suivent l’exposition au soleil et rendent les cellules humaines transparentes. Maintenant, inspirés par les capacités innées présentes dans la peau de calmar, des chercheurs de l’Université de technologie de Dalian en Chine ont créé une nouvelle peau artificielle flexible qui peut résister aux températures extrêmes et aux bactéries.
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“La peau biologique convertit les informations environnementales en signaux bioélectriques et les transmet au système nerveux pour la perception de la tension externe, des sensations tactiles, des vibrations, de la température, etc.”, a déclaré Wenbin Niu, auteur correspondant de l’étude, à Tech Xplore. “En plus des signaux bioélectriques, la peau des céphalopodes en particulier peut également percevoir activement des environnements complexes par le biais de changements de couleur.”
Les chercheurs ont imité l’emplacement de la réflectine dans la peau de calmar pour créer une nouvelle peau d’ions photoniques qu’ils ont appelée Je l’ai fait. Lorsque PIskin est exposé à des stimuli externes tels qu’une surface, sa nanostructure photonique (contrôle de la lumière) provoque un changement de couleur rapide. En même temps, le transport des ions dans la peau change, permettant aux stimuli mécaniques et thermiques d’être convertis en signaux électriques.
« Inspirés par la peau changeante de couleur du calmar, nous avons incorporé des nanostructures photoniques dans la peau électronique, enrichissant considérablement ses capacités sensorielles. En plus de fournir une rétroaction quantitative, d’enregistrer et d’analyser les changements de stimulus avec un signal électrique, des informations plus complexes telles que l’emplacement, la forme et la distribution du stimulus peuvent également être identifiées visuellement par sa couleur », a noté le scientifique.
Afin d’améliorer les propriétés de la peau, les chercheurs ont ajouté du monolaurate de glycérol (GML), un composé aux fortes propriétés antimicrobiennes, et du polyéthylène glycol 200 (PEG-200), un tensioactif, émulsifiant et nettoyant de qualité industrielle. Le GML permet à PIskin de tuer presque toutes les bactéries et tous les champignons, tandis que le point de congélation bas du PEG-200 signifie que la peau peut résister aux basses températures sans geler et est moins susceptible de se dessécher. Les scientifiques ont découvert que la peau se comportait bien dans des environnements difficiles et mesurait avec précision le stress, la pression et la température.
La création de PIskin a ouvert la porte à de futures applications dans les dispositifs médicaux portables, la robotique douce, les prothèses et les interfaces homme-ordinateur. Cela a également incité les chercheurs à examiner de plus près d’autres animaux qui changent de couleur.
“Il existe de nombreuses espèces intéressantes d’animaux avec une capacité similaire à changer de couleur. Dans nos prochains travaux, nous poursuivrons l’étude de la structure biologique d’espèces autres que le calmar et développerons une peau biomimétique appropriée. En fin de compte, cette peau pourrait être utilisée dans des appareils portables, des capteurs interactifs et d’autres applications du monde réel », a ajouté Niu.
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