巴甫洛夫的经典调理激发了材料科学家的灵感

研究人员已经成功地训练了一种材料，以响应最初的中性刺激，这种凝胶可以被教导融化而不需要加热。他们的作品最近在Nature Communications上发表，受到行为心理学中经典条件反射概念的启发，更为人所知的是巴甫洛夫的狗实验。

为了探索是否可以在人造材料中实现经典调理，研究人员制作了一种基于琼脂糖的固体凝胶，琼脂糖是一种通常从海藻中提取的物质，与水和改性金纳米颗粒混合。当这种凝胶上有红色和蓝色光照射时，没有任何反应。如果通过加热融化的凝胶，冷却回下来，它再凝固，然后亮红色和蓝色的光就可以了，平平淡淡的发生无论是。但是，如果你用红色和蓝色光照射凝胶，然后将其冷却回凝胶，那么下次你发出红色和蓝色光时，凝胶会自发融化。因此，它“学会”应对新的刺激。

在伊万·巴甫洛夫(Ivan Pavlov)着名的实验心理学经典调节实验中，处理简单的学习形式，可以训练狗在听到钟声时垂涎欲滴。巴甫洛夫训练这只狗的行为是这样的，每当他喂狗时铃声响起 - 狗将铃声与食物联系起来，并在听到铃声时开始流口水。由阿尔托大学和坦佩雷大学的团队开发的凝胶模拟了这个过程，加热对应于食物和对应于钟的彩色光。

通过使纳米颗粒(黄色球体)形成链，只有光照射在凝胶上时，通过加热凝胶(灰线)同时“凝固”凝胶以加热凝胶。图片来源：阿尔托大学

“从概念上讲，这是非常新的，没有任何人制作能够展示巴甫洛夫回应的材料。我们有兴趣将学习的基本概念引入人造材料。” 解释了张博士博士，博士后开发了这种材料，并且是7月份自然通讯论文的第一作者。作为分子材料研究小组和阿尔托的HYBER卓越中心的成员，他致力于生物启发材料。除张航博士外，研究团队还包括来自坦佩雷大学的Hao Zeng博士和ArriPriimägi教授以及来自阿尔托大学的Olli Ikkala教授。该项目得到了两个欧洲研究理事会(ERC)资助的项目PHOTOTUNE和DRIVEN的支持。

可以训练凝胶，因为混合物中的金纳米颗粒对其周围环境的酸度敏感。纳米颗粒最初在整个凝胶中随机扩散。如果你将凝胶熔化并在没有光照的情况下凝固，它们会随机分布。但是，如果在用蓝光和红光照射凝胶的同时熔化凝胶，纳米颗粒会粘在一起形成很少的链条。这是由于光酸，凝胶中的最终“秘密”成分。当有色光照射在其上时，光酸使凝胶更酸性，并且当在熔化的凝胶中发生时，它使纳米颗粒形成链。当您在含有金纳米粒子链的凝胶上发出蓝光和红光时，链条会以单个纳米粒子的方式加热由于称为等离子体耦合的过程，它们本身没有。这形成了“可触发的光学存储器”。使用蓝光和红光使链条升温会导致凝胶自身熔化。

以后凝胶也可以“忘记”这种训练，与人类忘记学习的方式并行。诀窍是在制造过程中使用添加到凝胶中的化学物质(尿素和尿素酶)的组合，其缓慢释放氨以破坏纳米颗粒链。训练后大约12小时，当用光照射时，材料不再融化，从而失去记忆。

“就实际应用而言，要实现这样一个概念性的新项目还有很长的路要走。” 张博士笑了。“重要的是，我们可以使用外部刺激以程序化方式调节人造材料，并以化学方式记忆。我们预见其他类型的学习材料可以设计具有广泛的诱导特性，并且调节可以成为一种材料科学中的一般概念。“

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