Farver på sommerfuglevinger giver spor til lysændrende strukturer

(PhysOrg.com) -- I hjertet af nogle af de mest strålende farver på sommerfuglenes vinger ligger bizarre strukturer, et tværfagligt team af Yale-forskere har fundet. Disse strukturer fascinerer holdets videnskabsmænd og ingeniører, som ønsker at bruge dem til at udnytte lysets kraft.

Krystalnanostrukturerne, der i sidste ende giver sommerfugle deres farve, kaldes gryoider. Disse er "mind-bendingly mærkelige" tredimensionelle kurvede strukturer, der selektivt spreder lys, sagde Richard Prum, formand og William Robertson Coe-professor ved Institut for Ornitologi, Økologi og evolutionsbiologi. Prum ledede Yale-teamet, som rapporterede sine resultater online i Proceedings of the National Academy of Sciences .

Prum blev i årenes løb fascineret af egenskaberne af farverne på sommerfuglevinger og hyrede forskere til at hjælpe med at studere dem fra Institut for Kemiteknik, Fysik og Mekanik, samt Yale School of Engineering and Applied Science.

Ved hjælp af en røntgenspredningsteknik på Argonne National Laboratory i Illinois, Richard Prum, hans kandidatstuderende Vinod Saranathan og deres kolleger bestemte den tredimensionelle indre struktur af skæl i vingerne på fem sommerfuglearter.

Gyroid er lavet af kitin, det seje stivelsesholdige materiale, der danner det ydre af insekter og krebsdyr, Kitin er normalt aflejret på de ydre membraner af celler. Yale-teamet ønskede at vide, hvordan en celle kan forme sig selv i denne ekstraordinære form, som ligner et netværk af tre-bladede boomerangs. De fandt ud af, at i det væsentlige, sommerfuglevinges skælcellers ydre membraner vokser og folder sig ind i det indre af cellerne. Membranerne danner derefter en dobbelt gyroide - eller to, spejlbillede netværk formet af de ydre og indre cellemembraner. Sidstnævnte er lettere at dyrke, men er ikke så gode til at sprede lys. Chitin aflejres derefter i den ydre gyroidea for at skabe en enkelt fast krystal. Så dør cellen, efterlader krystalnanostrukturerne på sommerfuglevingen.

Fotoniske ingeniører bruger gyroideformer til at forsøge at skabe mere effektive solceller og, ved at efterligne naturen, måske også være i stand til at producere mere effektive optiske enheder, sagde Prum.