К биохромным материалам относятся такие хромогенные вещества, которые входят в состав биологических объектов или обладают способностью изменять окраску под действием факторов биологической среды.
Хромогенные вещества имеют довольно значительное распространение в живой природе.
Хорошо известна способность хамелеонов (разновидность ящериц, ведущих древесный образ жизни) изменять окраску и рисунок тела (рис. 1).
Рис. 1. Хамелеон
Изменение окраски связано с наличием в коже специальных пигментных клеток – хроматофоров, состояние которых регулируется нервной системой. Содержащиеся в клетках пигменты (тёмно-коричневый, красноватый и жёлтый) могут перераспределяться (концентрироваться в компактные зёрна, или «рассеиваться»), что приводит к появлению различных цветовых оттенков. Изменения окраски могут происходить как на всём теле ящерицы, так и на его отдельных участках, сопровождаясь появлением и исчезновением различного рода полос и пятен.
Окраска тела хамелеонов изменяется под действием внешних раздражителей (температуры, света, влажности), а также в результате голода, жажды, испуга, раздражения и т. д. В основном окраска хамелеонов гармонирует с фоном окружающей их местности, маскируя животное. Нередко изменения окраски могут сочетаться с демонстрацией угрозы, направленной на отпугивание врага. Резкие изменения окраски также наблюдаются у самцов в период размножения.
Подобно хамелеонам способностью изменять окраску тела обладают каракатицы (головоногие моллюски, обитающие в морях) (рис. 2). На спине у них цвет обычно буроватый со светлыми пятнами и полосами, на брюхе – немного светлее, на лапах – зеленоватый, на плавниках – фиолетовый.
Рис. 2. Каракатица
Изменение цвета у каракатиц происходит благодаря различным типам многочисленных клеток, расположенных под кожей. К ним относятся: хроматофоры, иридофоры, лейкофоры и фотофоры. Хроматофоры у каракатицы (как и у хамелеона) содержат пигменты. Однако если у хамелеона цвет этих клеток изменяется за счет перераспределения пигментов внутри клеток, то у каракатицы – в результате деформирования (растяжения или сжатия) клеток с помощью мускульных волокон. Иридофоры имеют вид пластинок, которые действуют как дифракционная решётка, создавая радужные цвета. Лейкофоры, как и иридофоры, имеют вид пластинок, которые, однако, действуют как отражатели. Фотофоры – это биолюминесцентные клетки, которые излучают свет в результате химических реакций, а не поглощают его, как пигменты, не преломляют, как иридофоры, и не отражают, как лейкофоры.
Каракатицы могут принимать золотистые, серебристые, зеленые, синие и другие цвета. По искусству маскировки ни одно морское животное не может сравниться с ними, за что их также называют хамелеонами моря.
Значительный интерес представляет использование хромогенных веществ в бактериологических целях. В частности, для выделения и дифференциации различных микроорганизмов широкое распространение находят хромогенные питательные среды. Принцип действия этих сред определяется взаимодействием специфических ферментов бактерий с хромогенным субстратом, введённым в состав среды и играющим в ней роль индикатора. В результате такого взаимодействия хромогенный субстрат расщепляется под действием фермента искомого микроорганизма, выделяя в среду хромофор, окрашивающий колонию. Микроорганизмы, не продуцирующие специфический фермент, остаются неокрашенными, поскольку хромогенный индикатор не расщепился. Таким образом, идентификация возбудителя с помощью хромогенных питательных сред происходит одновременно с его выделением и не требует постановки дополнительных тестов, что сокращает время и материальные затраты на исследование.
Хромогенные питательные среды особенно эффективно применять для выделения энтеробактерий, включая такие патогенные, как сальмонелла (вызывает острые кишечные инфекции – сальмонеллёзы), кишечная палочка (вызывает тяжелые пищевые отравления), клебсиелла (вызывает пневмонию, конъюнктивиты, менингиты, сепсис, кишечные и другие инфекции). Дело в том, что для выделения патогенных энтеробактерий традиционно используются селективно-дифференциальные среды, которые не обеспечивают прямой идентификации бактерий. Поэтому необходимо выделять бактерии в чистой культуре и затем идентифицировать широким набором тестов, что довольно длительно и трудоемко. В целях ускорения исследований, сокращения объема работы и материальных средств разработана группа хромогенных питательных сред для одноэтапного выделения и прямой идентификации наиболее частых и значимых в медицине энтеробактерий. Например, для выделения и прямой родовой идентификации сальмонелл производится хромогенная среда, в состав которой входит специфический для сальмонелл субстрат пропиленгликоль. Он ферментируется сальмонеллами до кислоты, действие которой на смесь рН-индикаторов окрашивает колонии сальмонелл в красный цвет.
Свойство хромогенных веществ окрашиваться при воздействии реагентов используется в аналитической практике для определения природы жира. При этом окраска, возникающая под действием специального реагента, характерна лишь для одного какого-либо жира. В состав кунжутного масла входят хромогены, дающие красный цвет при воздействии на масло фурфурола и дымящей соляной кислоты. Хромогены хлопкового масла также дают красный цвет при нагревании масла с серой в растворе сероуглерода. Хромогены, входящие в состав жиров морских животных, под действием брома образуют розовую окраску, которая приблизительно через час переходит в устойчивую зеленую.