Структурный цвет возникает в результате взаимодействия света с материалами, имеющими узоры в мельчайших масштабах, которые изгибают и отражают свет, усиливая одни длины волн и ослабляя другие. Меланосомы, крошечные пакетики меланина, содержащиеся в перьях, коже и мехе многих животных, могут давать структурный цвет, будучи упакованными в твердые слои, как это происходит в перьях некоторых птиц.
«Мы синтезировали и собрали наночастицы синтетической версии меланина, чтобы имитировать естественные структуры, обнаруженные в перьях птиц», — сказал Натан Джаннески, профессор химии и биохимии Калифорнийского университета в Сан-Диего. «Мы хотим понять, как природа использует такие материалы, а затем развить функции, выходящие за рамки того, что возможно в природе».Работа Джаннески сосредоточена на наночастицах, которые могут ощущать окружающую среду и реагировать на нее.
Он предложил этот проект после того, как услышал на конференции Мэтью Шоуки, профессора биологии из Университета Акрона, свою работу над структурным цветом перьев птиц. Джаннески, Шоуки и его коллеги из обоих университетов сообщают о результатах сотрудничества в журнале ACS Nano, опубликованном в Интернете 12 мая.
Чтобы имитировать природные меланосомы, Ивен Ли, научный сотрудник лаборатории Джаннески, химически соединила аналогичную молекулу, дофамин, в сетки. Связанный, или полидофамин, превратился в сферические частицы почти одинакового размера. Мин Сяо, аспирант, который работает с Шоуки и профессором науки о полимерах Али Диноджвала из Университета Акрона, высушил частицы различной концентрации, чтобы сформировать тонкие пленки из плотно упакованных частиц полидофамина.Пленки отражают чистые цвета света; красный, оранжевый, желтый и зеленый, с оттенком, определяемым толщиной слоя полидофамина и тем, насколько плотно упакованы частицы, что соотносится с их размером, согласно анализу группы Шоуки.
Согласно точным измерениям Дмитрия Дехейна, ученого-исследователя из Института океанографии Скриппса Калифорнийского университета в Сан-Диего, который изучает, как самые разные организмы используют свет и цвет для общения, цвета на всех пленках исключительно однородны. «Это пространственное отображение спектров также говорит вам об изменениях цвета, связанных с изменениями размера или глубины частиц», — сказал Дехейн.Качества материала способствуют его потенциальному применению.
Чистый оттенок — ценная черта колориметрических датчиков. И в отличие от красок или красок на основе пигментов, структурный цвет не тускнеет. Полидофамин, как и меланин, поглощает ультрафиолетовый свет, поэтому покрытия из полидофамина также могут защитить материалы. Дофамин также является биологической молекулой, используемой, например, для передачи информации в нашем мозгу, и поэтому биоразлагаемым.
«В течение 15 лет меня очаровывала идея о том, что можно создавать цвета по всей радуге за счет небольших (нанометровых) изменений структуры», — сказал Шоуки, интересы которого варьируются от физических механизмов, создающих цвета, до того, как структуры растут в живых. организмы. «Эта идея биомимикрии может помочь в решении практических задач, но также позволяет нам проверить предложенные нами механистические гипотезы и гипотезы развития», — сказал он.Природные меланосомы, содержащиеся в перьях птиц, различаются по размеру и форме, образуя стержни и сферы, которые могут быть сплошными или полыми. Следующим шагом является изменение формы наночастиц полидофамина, чтобы имитировать это разнообразие, чтобы экспериментально проверить, как размер и форма влияют на взаимодействие частиц со светом и, следовательно, на цвет материала.
В конечном итоге команда надеется создать палитру биосовместимых структурных цветов.