Create le ali di farfalla nanometriche

Ali farfalla

Un team di ricercatori dall’Università statale della Pennsylvania (USA) e dall’Università Autonoma di Madrid (UAM) hanno sviluppato una tecnica per replicare le strutture biologiche, come le ali di farfalla, in scala nano. Il biomateriale risultante potrebbe essere usato per fare strutture attive otticamente, come diffusori opzionali per pannelli solari.

I colori degli insetti e la loro iridescenza (la capacità di cambiare colore a seconda dell’angolo) o la loro capacità di apparire metallici sono determinati dalle nano-dimensioni delle minuscole strutture fotoniche che possono essere trovate nella loro cuticola. Gli scienziati si sono concentrati su queste biostrutture per sviluppare dispositivi con una luce che emette le proprietà che hanno appena presentato nella rivista Bioinspiration & Biomimetics.
"Questa tecnica è stata sviluppata presso il Materials Research Institute dell’Università dello Stato della Pennsylvania e permette repliche di strutture biologiche da effettuare su scala nanometrica", Raúl J. Martin-Palma, docente presso il Dipartimento di Fisica Applicata dell’UAM e coautore dello studio, spiega a SINC.
I ricercatori hanno creato repliche di biosagome autoreggenti, fragili, laminari e chitinose", cioè copie delle nanostrutture delle ali di farfalla. L’aspetto di queste appendici dipende solitamente più dalla loro struttura nanometrica periodica (che determina il colore "fisico") che dai pigmenti sulle ali (che stabiliscono il colore “chimico”).
Al fine di creare un nuovo biomateriale, il team ha utilizzato composti a base di Germanio, Selenio e Stibium (GeSeSb) ed ha impiegato una tecnica chiamata Conformal-Evaporated-Film-by-Rotation (CEFR), che combina l’evaporazione termica e la rotazione del substrato in una camera a bassa pressione. Hanno utilizzato anche l’immersione in una soluzione acquosa di acido ortofosforico per sciogliere la chitina (sostanza che si trova tipicamente nell’esoscheletro di insetti e altri artropodi).
I metodi finora utilizzati per replicare le biostrutture sono molto limitati quando si tratta di ottenere copie efficaci su scala nanometrica e spesso danneggaiano la biostruttura originale perché vengono utilizzati in ambienti corrosivi o ad alte temperature. La nuova tecnica supera "totalmente" questi problemi, infatti è impiegato a temperatura ambiente e non richiede l’uso di sostanze tossiche.
Martín-Palma ricorda che la struttura risultante dal replicare la biosagoma delle ali di farfalla potrebbe essere usata per fare varie strutture attive otticamente, come ad esempio diffusori ottici o rivestimenti che massimizzano l’assorbimento di luce solare cellulare, o altri tipi di dispositivi. "Inoltre, la tecnica può essere utilizzata per replicare le altre strutture biologiche, come gusci di scarabeo o gli occhi composti di mosche, api e vespe", dice il ricercatore.
Gli occhi composti di alcuni insetti sono candidati per un gran numero di applicazioni che forniscono una grande visione angolare. "Lo sviluppo delle telecamere in miniatura e dei sensori ottici basati su tali organi permetterebbe a questi di essere installati in piccoli spazi nelle automobili, nei cellulari e negli schermi, a parte gli usi nei settori come la medicina (lo sviluppo di endoscopi) e la sicurezza (sorveglianza)", dice Martín-Palma.

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