Ultrasensitive and robust mechanoluminescent living composites

机械容积 材料科学 软机器人 自愈水凝胶 复合材料 纳米技术 执行机构 计算机科学 光电子学 人工智能 发光 高分子化学
作者
Chenghai Li,Nico Schramma,Z. G. Wang,Nada Qari,Maziyar Jalaal,Michael I. Latz,Shengqiang Cai
出处
期刊:Science Advances [American Association for the Advancement of Science (AAAS)]
卷期号:9 (42) 被引量:5
标识
DOI:10.1126/sciadv.adi8643
摘要

Mechanosensing, the transduction of extracellular mechanical stimuli into intracellular biochemical signals, is a fundamental property of living cells. However, endowing synthetic materials with mechanosensing capabilities comparable to biological levels is challenging. Here, we developed ultrasensitive and robust mechanoluminescent living composites using hydrogels embedded with dinoflagellates, unicellular microalgae with a near-instantaneous and ultrasensitive bioluminescent response to mechanical stress. Not only did embedded dinoflagellates retain their intrinsic mechanoluminescence, but with hydrophobic coatings, living composites had a lifetime of ~5 months under harsh conditions with minimal maintenance. We 3D-printed living composites into large-scale mechanoluminescent structures with high spatial resolution, and we also enhanced their mechanical properties with double-network hydrogels. We propose a counterpart mathematical model that captured experimental mechanoluminescent observations to predict mechanoluminescence based on deformation and applied stress. We also demonstrated the use of the mechanosensing composites for biomimetic soft actuators that emitted colored light upon magnetic actuation. These mechanosensing composites have substantial potential in biohybrid sensors and robotics.
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