Een team van onderzoekers van de State University of Pennsylvania (VS) en de Universidad Autónoma de Madrid (UAM) hebben een techniek ontwikkeld om biologische structuren te repliceren, zoals vlindervleugels, op nanoschaal. Het resulterende biomateriaal zou kunnen worden gebruikt om optisch actieve structuren te maken, zoals optische diffusers voor zonnepanelen.

De kleuren van insecten en hun irisatie (het vermogen om van kleur te veranderen afhankelijk van de hoek) of hun vermogen om metaalachtig te lijken, worden bepaald door kleine fotonische structuren van nanoformaat die in hun cuticula te vinden zijn. Wetenschappers hebben zich gericht op deze biostructuren om apparaten te ontwikkelen met lichtuitstralende eigenschappen die ze zojuist in het tijdschrift hebben gepresenteerd Bio-inspiratie en biomimetica .

"Deze techniek is ontwikkeld aan het Materials Research Institute van de State University of Pennsylvania en maakt het mogelijk replica's van biologische structuren te maken op nanometrische schaal", Raúl J. Martín-Palma, docent bij de faculteit Technische Natuurkunde van de UAM en co-auteur van de studie legt uit aan SINC.

De onderzoekers hebben "vrijstaande replica's van fragiele, laminair, chitineuze biotemplates", dat is, kopieën van de nanostructuren van vlindervleugels. Het uiterlijk van deze bijlagen hangt meestal meer af van hun periodieke nanometrische structuur (die de "fysieke" kleur bepaalt) dan van de pigmenten in de vleugels (die de "chemische" kleur bepalen).

Om nieuw biomateriaal te creëren, het team gebruikte verbindingen op basis van Germanium, Selenium en Stibium (GeSeSb) en gebruikten een techniek genaamd Conformal-Evaporated-Film-by-Rotation (CEFR), die thermische verdamping en substraatrotatie combineert in een lagedrukkamer. Ze gebruikten ook onderdompeling in een waterige orthofosforzuuroplossing om de chitine op te lossen (stof die meestal wordt aangetroffen in het exoskelet van insecten en andere geleedpotigen).

De tot nu toe gebruikte methoden om biostructuren te repliceren zijn zeer beperkt als het gaat om het verkrijgen van effectieve kopieën op nanometerschaal en ze beschadigen vaak de originele biostructuur omdat ze worden gebruikt in corrosieve atmosferen of bij hoge temperaturen. De nieuwe techniek overwint deze problemen "totaal", omdat het bij kamertemperatuur wordt gebruikt en er geen giftige stoffen voor nodig zijn.

Martín-Palma wijst erop dat de structuren die het resultaat zijn van het repliceren van de biotemplate van vlindervleugels kunnen worden gebruikt om verschillende optisch actieve structuren te maken, zoals optische diffusers of afdekkingen die de lichtabsorptie van zonnecellen maximaliseren, of andere soorten apparaten. "Verder, de techniek kan worden gebruikt om andere biologische structuren te repliceren, zoals keverschelpen of de samengestelde ogen van vliegen, bijen en wespen, ', zegt de onderzoeker.

De samengestelde ogen van bepaalde insecten zijn goede kandidaten voor een groot aantal toepassingen, omdat ze een geweldig gezichtsvermogen bieden. "De ontwikkeling van miniatuurcamera's en optische sensoren op basis van deze orgels zou het mogelijk maken om ze in kleine ruimtes in auto's te installeren, mobiele telefoons en displays, afgezien van toepassingen op gebieden als geneeskunde (de ontwikkeling van endoscopen) en veiligheid (surveillance)", Martín-Palma zegt.

Meer informatie: Achlesh Lakhtakia, Raúl J. Martín-Palma, Michael A. Motyka en Carlo G. Pantano. "Vervaardiging van vrijstaande replica's van fragiele, laminair, chitineuze biotemplates". Bio-inspiratie en biomimetica 4 (3):03401, september 2009.

Bron:FECYT - Spaanse Stichting voor Wetenschap en Technologie