Всем известно, что за уникальную окраску того или иного животного отвечает цветной пигмент, содержащейся в его шерсти, клетках кожи и так далее. Однако известны также существа, которые обладают яркой раскраской, обусловленной совсем другой особенностью – уникальным строением перьев, чешуек или кожи (примерами могут служить радужный хвост павлина или крылья бабочек из рода Морфо).

В последнем случае окраска животного целиком оптическая, в её основе лежит преломление света – отражение волн определённой длины.

Например, такой способностью известны колонии флавобактерий, из которых учёные «выращивают» нетоксичные краски.

Исследователи из Юго-восточного университета в Нинкине, Китай, предлагают использовать так называемые структурные цвета для создания «живого» геля, который будет применяться в медицине. По задумке специалистов, такое вещество с «встроенными» сердечными клетками будет изменять цвет при каждом ударе сердца.

Создавая гель, команда руководствовалась хорошо известным и, пожалуй, одним из самых цветных природных «проектов» – кожей хамелеона. Поясним, что её клетки содержат крошечные кристаллы, которые отражают волны света одной длины и поглощают волны другой длины. При этом нанокристаллическая решётка в верхних слоях кожи хамелеонов может перестраиваться, в соответствии с чем меняется и то, волны какой длины будут отражаться или поглощаться.

Чтобы имитировать такую систему, учёные создали плотно упакованные массивы наночастиц – тех самых радужных кристаллов, какие содержатся в клетках кожи хамелеона. Затем их добавили в специально созданный гель. Когда тот затвердел, полученный материал очистили и на выходе получили поверхность с сетью крошечных пор. В них-то и исчезали волны света одной длины, а волны другой длины от них отражались, что в итоге создавало яркие цвета.

Далее исследователи выращивали культуры клеток сердечной мышцы, взятые у крыс, прямо на этой гелиевой подложке. В результате при каждом ударе сердечной мышцы клетки синхронно изменяли своё положение, а гель при этом изменял свою структуру на микроскопическом уровне. Это, как и ожидалось, повлекло изменение цвета в ритме сокращения сердца.

Кстати, команда также использовала свой биогибридный гель для создания из клеток сердца трёхмерной цветной бабочки. По мере биения сердца её крылья двигаются вперёд и назад, создавая мерцающие цвета, как это показано на видео ниже.

На этом эксперименты не закончились: учёные создали систему «сердце-на-чипе», которая наглядно демонстрирует, какие эффекты оказывают на клетки сердца те или иные лекарства. К примеру, когда авторы добавили в клетки изопротеренол, препарат, который увеличивает частоту сердечный сокращений, то ритм биения выращенной сердечной мышцы ускорился, соответственно, стал быстрее меняться и цвет геля.

Авторы заключают, что подобная разработка станет полезным инструментом для проверки действия кардиологических препаратов, причём эффекты от их применения будут видны невооруженным глазом.

Подробнее о своём исследовании китайские учёные рассказали в статье, опубликованной в журнале Science Robotics.

Напомним, что ранее из наночастиц, управляемых ДНК, создали материал, меняющий структуру и цвет. Кроме того, менять цвета теперь могут и предметы, напечатанные на 3D-принтере.