Новости химической науки > Синтетические пленки меланина имитируют окраску перьев птиц

Яркие и насыщенные цвета крыльев некоторых птиц и надкрыльев некоторых жуков обеспечиваются так называемым структурным цветом – светоотражающей дифракционной решеткой, образованной наночастицами, содержащими пигмент меланин.

В новой работе исследователи, применяя наноразмерные сферы синтетического меланина, приблизились на шаг к получению чистых синих, зеленых и красных цветов, которые можно обнаружить в раскраске многих пернатых и жесткокрылых. Такие окрашенные плёнки могут найти применение для изготовления оптических сенсоров, устойчивых к старению красок и покрытий, защищающих от ультрафиолета.

Структурные цвета широко распространены в природе, многие из них создаются меланин-содержащими наноструктурами – меланосомами. Эти наноструктуры формируют рельеф, отражающий свет со строго определенными длинами связи, в то время как темноокрашенный меланин поглощает свет, обеспечивая чистую окраску.

Так как пигмент не обеспечивает окраску непосредственно, такие структурные цвета не выцветают. Ранее исследователи пытались получать структурные цвета, используя частички полимеров, однако, несмотря на то, что такие частицы и могут отражать свет с определенной длинной волны, они неэффективны в поглощении «лишних» цветов. По этой причине для получения синтетических структурных цветов исследователям было необходимо вводить в смесь дополнительные компоненты (например – частицы сажи), чтобы усилить поглощение и увеличить насыщенность цвета.

Рисунок из ACS Nano, 2015, DOI: 10.1021/acsnano.5b01298

Для решения этой проблемы Натан Джианнеши (Nathan C. Gianneschi) получил наночастицы из полидопамина, синтетического меланина, которые эффективно решают обе задачи создания структурированного цвета – и селективное отражение, и поглощение. Как отмечает Ричард Прум из Йеля (Richard O. Prum), для новой системы нет необходимости смешивать компоненты, что можно считать действительно инновационным решением.

Исследователи получили полимер допамина, организованный в наносферы диаметром около 150 нм. Затем они получали взвесь этих наночастиц в воде и высушивали ее на пластинах из кремния, получая окрашенные слои, цвет которых варьировался от синего до красного – в зависимости от толщины слоя. Для того чтобы получить слой нужной толщины, исследователи изменяли скорость испарения, концентрацию частиц или влажность. Пленки отражали свет в узком спектральном диапазоне, поглощая другие волны, так, например, в красных пленках 95% отраженного света попадала в область от 600 до 700 нм.

Джианнеши отмечает, что ключом для процесса было создание частиц, однородных по форме и размеру. В перспективе исследователи планируют оптимизировать контроль этих процессов для воспроизводства различных форм, которыми обладают природные меланосомы, например, стержни и полые сферы.

Полученные в ходе эксперимента пленки с площадью 1 см² были неоднородны по цвету, так как с помощью простой сушки исследователям удавалось получать однородный по толщине слой только на площади в один квадратный миллиметр. Для получения больших по размеру поверхностей, однородных по цвету, в перспективе предполагается использовать другие методы.

Источник: ACS Nano, 2015, DOI: 10.1021/acsnano.5b01298

метки статьи: #биохимия, #нанотехнологии, #новые материалы, #фотохимия, фотокатализ