Videnskabsmand opdager, hvordan bladfugle laver komplekse farveproducerende krystaller

En nylig undersøgelse foretaget af et team af forskere ledet af Dr. Vinod Kumar Saranathan fra Division of Science på Yale-NUS College har opdaget et kompleks, tredimensionel krystal kaldet den enkelte gyroide inden for fjer af den blåvingede bladfugl. Dr. Saranathan og hans teams gennembrud kom fra deres undersøgelse af fjerfarverne på bladfugle, en gådefuld gruppe af siddende fugle, der er endemisk i Syd- og Sydøstasien (inklusive Singapore), hvoraf en art har udviklet de unikke krystaller i sin fjerdragt.

Ved at sammenligne de farveproducerende nanostrukturer, der findes i nære slægtninge, holdet rapporterede, at denne art er i stand til direkte at syntetisere enkelt gyroide fotoniske krystaller, som har yderst ønskværdige optiske og elektroniske egenskaber, der gør dem ideelle til brug i fotovoltaiske celler til at generere solenergi. Brug af denne krystal - en "kronen på værket" inden for materialevidenskab, som hidtil kun er blevet fremstillet med store vanskeligheder - har potentialet ikke kun til at forbedre fotovoltaiske celler, hvilket betyder, at de kan fremstilles lettere og billigere, men også til brug i andre industrielle applikationer som katalyse i brændselsceller og fiberoptik.

Udgivet i Proceedings of the National Academy of Sciences ( PNAS ), denne undersøgelse er særlig relevant, da søgningen efter vedvarende energikilder og bæredygtig fremstilling har fået en ny hastende virkning.

Dr. Saranathan, som har en samtidig ansættelse ved National University of Singapores afdeling for biologiske videnskaber, sagde, "I øjeblikket, vi kan ikke fremstille enkelt gyroide fotoniske krystaller industrielt til at arbejde i det synlige lysspektrum, via selvmontering, en proces, der spontant samler kemiske 'legoklodser' på nanoskala. Større krystaller kan fremstilles og derefter varmekrympes for at arbejde med synligt lys, men indtil videre kan dette kun gøres i lille skala og er ikke fejlfrit. Dermed, vores opdagelse af de første direkte selvsamlede enkeltgyroide krystaller kendt af videnskaben, fundet i disse bladfugle, vi synes er revolutionerende. Måden bladfugle fremstiller disse krystaller på er meget mere ligetil end hvordan sommerfugle - hvoraf nogle bruger den samme struktur i deres vingeskæl - eller materialeforskere er kendt for at gøre det."

"Vores forskning giver et klart indblik i klassen af ​​plettede partikler som ladede proteiner, som forskere kan undersøge i fremtiden, for at se, om de kan lokkes til at danne disse krystaller ved synlige lysskalaer. At vide, hvordan bladfugle fremstiller disse eksotiske strukturer, kan anspore til nye biomimetiske miljøvenlige selvsamlingsstrategier til storskala materialesyntese i disse meget udfordrende optiske længdeskalaer, i betragtning af det presserende økologiske behov for sådanne materialer."