Een oppervlak vertoont structurele kleuren wanneer licht wordt gereflecteerd door kleine, regelmatige structurele elementen in een transparant materiaal. Onderzoekers hebben nu een methode ontwikkeld om structurele kleuren te maken van op cellulose gebaseerde polymeren door gecoate druppeltjes te gebruiken die zich in een omringende vloeistof bevinden, de zogenaamde vloeibare knikkers. Het systeem reageert snel op veranderingen in de omgeving, wat het interessant maakt voor toepassingen in biogebaseerde sensoren en zachte fotonische elementen, volgens de studie gepubliceerd in het tijdschrift Angewandte Chemie .

Structurele kleuren zijn een manier om een ​​materiaal in te kleuren zonder een kleurstof te gebruiken. In plaats daarvan, het transparante materiaal genereert kleur door de regelmatige rangschikking van zijn moleculen of andere elementen, als gezien, bijvoorbeeld, in de rimpelingen in de schubben van kleurrijke vissen en vlinders, of in nanokristallen die op bepaalde afstanden zijn gerangschikt, zoals in de van kleur veranderende huid van kameleons.

Manos Anyfantakis en collega's van de Universiteit van Luxemburg hebben een manier gevonden om het veld te controleren, de afstand van een volledige spiraalvormige winding in een polymeer, als een structureel element waarop reflectie kan optreden en structurele kleuren verschijnen. Wetenschappers kunnen vloeibare kristallijne fasen van biopolymeren bereiden met pekken die structurele kleuren genereren - cholesterische fasen genoemd - maar deze preparaten zijn afhankelijk van veel parameters en hebben een lange tijd nodig om een ​​evenwicht te bereiken.

Nutsvoorzieningen, Anyfantakis en collega's hebben een snellere en beter beheersbare methode ontdekt, vloeibare knikkers gebruiken als platform voor de gecontroleerde zelfassemblage van op biopolymeer gebaseerde structurele kleuren. Vloeibare knikkers zijn millimetergrote druppeltjes vloeibaar kristallijne oplossingen, die zijn gecoat met nanodeeltjes. De coating beschermt de vloeistof tegen vermenging met de externe vloeistof, maar zorgt toch voor enige interactie, afhankelijk van de aard van beide vloeistoffen.

In dit geval, de wetenschappers maakten vloeibare knikkers uit een waterige oplossing van hydroxypropylcellulose - een gemodificeerd cellulosepolymeer dat zich oriënteert in cholesterische fasen - bedekt met nanodeeltjes van silica. Deze vloeibare knikkers op cellulosebasis waren aanvankelijk kleurloos, maar door ze enige tijd in een bepaald volume van een organisch oplosmiddel te laten blijven, ontstonden er langzaam heldere kleuren rood, groente, en blauw.

De kleuren waren het resultaat van een concentratieverandering in de druppeltjes, ontdekten de auteurs. Het organische oplosmiddel haalde langzaam water uit de vloeibare knikkers, waardoor het biopolymeer een kristalvorm aannam die geschikt was voor structurele kleuren. Traagheid en beheersbaarheid stonden centraal, de auteurs wezen erop, omdat "dit voldoende tijd geeft voor de polymeermoleculen om zich aan te passen aan de concentratieverandering, organiseren met een nieuw evenwichtsveld, " legden ze uit.

De methode is elegant en eenvoudig, en de kleuren zijn alleen afhankelijk van het volume van het organische oplosmiddel. De wetenschappers introduceerden ook externe prikkels zoals warmte, druk, of blootstelling aan de chemicaliën en waargenomen karakteristieke kleurverschuivingen, overeenkomend met een variërende toonhoogte. Deze verschuivingen waren omkeerbaar:bij het opnieuw toepassen van de normale omstandigheden, de vloeibare knikkers keerden terug naar hun oorspronkelijke kleuren, constateerden de auteurs.

De auteurs zijn van mening dat de op biopolymeer gebaseerde vloeibare knikkers een route kunnen bieden om kosteneffectieve, milieuvriendelijk, en duurzame sensoren.