Aplicación del principio de la mariposa

Los investigadores han creado colores artificiales mediante la impresión en 3D de ciertas nanoestructuras inspiradas en las de una mariposa

11.02.2022 - Suiza

Para su nueva tecnología, los científicos del grupo de Andrew deMello, profesor de Ingeniería Bioquímica, se inspiraron en las mariposas. Las alas de la especie Cynandra opis, originaria del África tropical, están decoradas con colores brillantes. Estos se producen gracias a estructuras superficiales regulares extremadamente intrincadas en el rango de tamaño de la longitud de onda de la luz visible. Al desviar los rayos de luz, estas estructuras amplifican o anulan los componentes de color individuales de la luz. Dirigidos por deMello, los investigadores han conseguido replicar las estructuras superficiales de Cynandra opis, así como otras estructuras modificadas, mediante una técnica de impresión nano-3D. De este modo, crearon un principio fácil de usar para la producción de estructuras que generan colores estructurales.

Existen numerosos ejemplos de este tipo de coloración estructural en la naturaleza, incluyendo estructuras superficiales irregulares, por ejemplo, encontradas en otras especies de mariposas. "Sin embargo, las nanoestructuras regulares de las alas de Cynandra opis eran especialmente adecuadas para su reconstrucción mediante impresión 3D", explica Xiaobao Cao, antiguo estudiante de doctorado del grupo deMello y autor principal de este estudio. Las estructuras de Cynandra opis consisten en dos capas de rejilla apiladas perpendicularmente entre sí, con una separación de rejilla de aproximadamente 1/2 a 1 micrómetro.

Paleta de colores completa

Variando este espaciamiento de la red y la altura de las barras de la red en un rango entre 250 nanómetros y 1,2 micrómetros, los investigadores de la ETH fueron capaces de producir estructuras impresas en 3D que generan todos los colores del espectro visible. Muchos de estos colores no se dan en el modelo natural (la mariposa) en el que se basan sus estructuras.

Los investigadores consiguieron producir esas superficies utilizando diferentes materiales, entre ellos un polímero transparente. "Esto permitió iluminar la estructura por detrás para resaltar el color", explica Stavros Stavrakis, científico principal del grupo deMello y coautor del estudio. "Es la primera vez que conseguimos producir todos los colores del espectro visible como colores estructurales en un material translúcido".

Característica de seguridad

Como parte del estudio, los científicos produjeron una imagen en miniatura de píxeles de colores estructurales multicolores de 2 por 2 micrómetros. Estas pequeñas imágenes podrían utilizarse algún día como elemento de seguridad en los billetes y otros documentos. Como los colores pueden producirse con material transparente, también sería posible fabricar filtros de color para tecnologías ópticas. Esto encaja bien con la principal actividad de investigación del grupo del profesor deMello, que desarrolla sistemas microfluídicos, sistemas miniaturizados para experimentos químicos y biológicos.

Los investigadores afirman que también es posible producir nanoestructuras a gran escala. Una estructura negativa podría imprimirse en 3D para que sirviera de plantilla, lo que permitiría producir un gran número de reproducciones. Esto significa que el principio podría ser adecuado para la fabricación de pantallas en color de alta resolución, como por ejemplo las pantallas finas plegables. Por último, los científicos señalan que los colores estructurales podrían sustituir a los pigmentos utilizados hoy en día en la impresión y la pintura. Los colores estructurales tienen ciertas ventajas sobre los pigmentos convencionales: duran más porque no se desvanecen al exponerlos a la luz y, en la mayoría de los casos, tienen una mejor huella medioambiental.

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Publicación original

Cao X, Du Y, Guo Y, Hu G, Zhang M, Wang L, Zhou J, Gao Q, Fischer P, Wang J, Stavrakis S, deMello A; "Replicating the Cynandra opis Butterfly's Structural Color for Bioinspired Bigrating Color Filters"; Advanced Materials; 4. Januar 2022

https://www.quimica.es/noticias/1174731/aplicacion-del-principio-de-la-mariposa.html