仿生鱿鱼，登上Science！

自然界和现代技术中，利用梯度折射率材料操控光线已广泛应用。然而，动物如何通过折射率差异实现动态变色，并将这一机制转化为可调光学器件仍是重大挑战。头足类动物（如鱿鱼）通过皮肤中神经控制的色素细胞（色素胞）和反射细胞（虹彩胞）实现超快伪装，但其虹彩胞的动态透明-彩色转换机制尚未阐明。

加州大学欧文分校Alon A. Gorodetsky团队通过实验与计算模拟，首次揭示鱿鱼（Doryteuthis pealeii）背部虹彩胞利用正弦波（rugate）折射率剖面的布拉格反射器，实现从透明到鲜艳颜色的可逆转换。受此启发，研究者开发出新型多光谱复合材料，在可见光与红外波段均具备动态调谐功能，为伪装、热管理及传感技术开辟新路径。相关论文以“Gradient refractive indices enable squid structural color and inspire multispectral materials”为题，发表在最新一期Science上。

鱿鱼斑点的光学特性

鱿鱼背部斑点在神经刺激（如乙酰胆碱）下可快速由透明变为红、橙、绿等颜色，光谱偏移达200纳米（图1D）。这些斑点覆盖于色素胞下方，无论色素胞收缩或扩张均保持150纳米范围的虹彩色（图1E）。通过共聚焦显微镜，团队发现斑点内96%的虹彩胞含独特"蜿蜒血小板柱"结构（图1F-G），与周围已知的平行褶皱板状虹彩胞截然不同。

图 1. 鱿鱼背部外套膜斑点的可见外观与组织水平结构。

三维折射率成像与光学机制

全息断层扫描显示，主导性虹彩胞的每个细胞含10-40列血小板柱，柱内血小板周期性排列（100-700纳米），并呈现1.35-1.42的正弦波梯度折射率分布（图2C-D）。计算模型证实：正弦波折射率剖面可抑制高阶反射峰，实现光谱纯色与完全透明的切换；而三角形或方波剖面则产生杂色（图2E-F）。这种机制解释了单个虹彩胞的窄带反射与斑点整体的宽光谱行为（图2G）。

图 2. 鱿鱼背部外套膜斑点虹彩胞的三维折射率映射与计算光学建模。

仿生可见光变色材料

基于鱿鱼虹彩胞设计，团队开发了纳米柱状金属氧化物布拉格反射器复合材料。机械应变可使其透明度提升（图3C），化学刺激则触发高达90纳米的颜色偏移（图3D）。阵列化材料在空气/水下环境中展现类似鱿鱼斑点的集体伪装能力：在水中拉伸时红移，多角度观察时弱化虹彩效应（图3E-F），甚至模拟破坏性伪装图案（图3F）。

图 3. 受鱿鱼斑点启发的单体及阵列化可见光外观变化复合材料的设计与验证。

多光谱材料拓展

通过叠加"色素胞仿生"热调控层（纳米结构金属薄膜），新材料同时调控可见光与红外光。机械应变可同步改变颜色透明度与红外表观温度（图4C,E）；化学刺激则实现-18°C至+4°C的表观温度差（图4F）。阵列化材料在人体躯干前测试中，证实其大范围多光谱伪装潜力：水下环境保持性能，且弱角度依赖性优于现有技术（图4G-H）。

图 4. 受鱿鱼斑点和色素胞启发的单体及阵列化多光谱外观变化复合材料的设计与验证。

总结与展望

本研究首次阐明鱿鱼斑点虹彩胞通过正弦波折射率剖面实现动态变色，深化了对头足类结构色的认知。所开发的多光谱复合材料在可见-红外调制范围、响应速度（300毫秒）及稳定性（2.5万次循环）上超越现有电致变色、热致变色等技术，为下一代自适应伪装、智能热管理及多光谱传感提供了可扩展的工程平台。