Luontoa tarkkaillen

28.06.2024

SUTD-ja-NUS-pimeet-koppikset-ja-varit-300-t.jpgKuoriaisten kynsinauhojen innoittamana Singaporelaisten yliopistojen (SUTD ja NUS) tutkijat ovat kehittäneet optisia rakenteita, jotka voivat tuottaa eloisia, värikkäitä ja täysin biohajoavia värejä käyttäen kitiiniä – maailman toiseksi yleisintä orgaanista materiaalia.

"Äärimmäiset niukkuusolosuhteet ovat mahdollistaneet luonnonmateriaalien kehittymisen eräiksi maapallon erikoisimmista materiaaleista, kuten uskomattoman vahvaksi hämähäkinsilkiksi ja iskunkestäväksi simpukankuoreksi", sanoo Singapore University of Technology and Design:in (SUTD) apulaisprofessori Javier Fernandez.

Kautta historian tiedemiehet ovat kääntyneet luonnon puoleen saadakseen inspiraatiota ratkaista ongelmia ja kehittääkseen uusia teknologioita, aina da Vincin lintujen mukaan mallinnetuista lentolaitteista tehokkaisiin uimapukuihin, jotka jäljittelevät hain ihoa.

Apulaisprofessori Fernandez toteaa, "Luonnollisten molekyylien yhdistäminen niiden alkuperäiseen organisaatioon mahdollistaa niiden käytön ilman muutoksia, mikä johtaa materiaaleihin, jotka pysyvät täysin integroituina luonnollisiin ekologisiin kiertokulkuihin".

Kitiini on maapallon toiseksi yleisin orgaaninen molekyyli, joka on uusiutuva ja osa jokaista ekologista kiertokulkua. Se on myös materiaali, jota luonto käyttää ainutlaatuisimpien rakenteidensa tuottamiseen, kuten hyönteisen kevyet ja jäykät siivet ja perhosten upeat värit.

Aiemmassa tutkimuksessa apulaisprofessori Fernandez ja hänen tiiminsä havaitsivat, että eristetty kitiini voi aggregoitua ja luoda vahvoja materiaaleja säilyttäen samalla optisen toimintansa. Uusimmassa tutkimuksessaan he oppivat kovakuoriaisilta, kuinka kitiiniä voidaan käyttää tehokkaasti värin tuottamiseen suuressa mittakaavassa. He eivät kuitenkaan oppineet sitä värikkäiltä kovakuoriaisilta.

Pimeässä ympäristössä elävien kovakuoriaisten runkorakenteen peittävät kitiinipoimut, jotka auttavat niitä liikkumaan mudan ja kosteiden alueiden läpi. Mielenkiintoista on, että kun nämä taitokset yhdistyvät niiden tummasta väristä vastaavaan melaniinipitoiseen taustaan, kovakuoriaisten orvaskesi tulee värikkäiksi ja heijastavat eri värejä valolle altistuessaan.

Tutkijat havaitsivat, että poimujen jaksollisuus ei ole luonnollisesti optimoitu tuottamaan väriä. Tiimi pystyi kuitenkin optimoimaan sen keinotekoisesti ja pystyi tuottamaan tällä yksinkertaistetulla mekanismilla värikkäitä kitiinisiä värejä, jotka ovat verrattavissa lehdillä elävien kirkkaanväristen kovakuoriaisten monimutkaisten rakenteiden tuottamiin väreihin.

Tämän yksinkertaisen rakenteen ansiosta tiimi saattoi skaalata värien tuotantoa konseptin todisteena käytetyistä mikroskooppisista näytteistä A4-kokoisiin kalvoihin.

Nämä tulokset eivät ole vain teoriassa merkittäviä, vaan myös teknisesti merkityksellisiä. "Koska kitiini on FDA:n hyväksymä lääketieteelliseen ja kosmeettiseen käyttöön, se tarjoaa terveydelle ja ympäristölle ystävällisen vaihtoehdon synteettisille materiaaleille, joita käytetään näissä sovelluksissa", selittää Fernandez.

 Aiheesta aiemmin:

Bakteereita ja hämähäkin seittiä

Pieniä luonnonihmeitä it- ja sähkömiehille

12.07.2024Hyönteisistä inspiroidut liiketunnistin ja logiikka
08.07.2024Kvanttiannealaari parantaa ymmärrystä kvanttimonikehojärjestelmistä
05.07.2024Hyönteisten lennon salaperäinen mekaniikka
01.07.2024Eksitonit mahdollistavat erittäin ohuen linssin
28.06.2024Luontoa tarkkaillen
27.06.2024Uusi fysikaalinen ilmiö kahden erilaisen materiaalin rajapinnassa
20.06.2024Perovskiiteistä 1D-nanolankoja ja topologisia polaroneita
19.06.2024Täysin optinen fotonisiru tunnistaa ja käsittelee
19.06.2024Uusia toiveita sinkki-ilma akuille
17.06.2024Elektroneille viisikaistainen supervaltatie

Siirry arkistoon »