يتمتع الجمبري بلون أبيض ناصع بشكل خاص على ظهره وأطرافه بهدف جذب الأسماك، حيث يقوم "بتطهيرها" من الآفات التي يتغذى عليها. كشف فحص متعمق للمادة البيضاء باستخدام مجاهر إلكترونية خاصة أن المادة تتكون من طبقة رقيقة بشكل لا يصدق من كرات نانوية كثيفة جدًا (كرات ذات قطر صغير جدًا).
عندما تنظر إلى الطبيعة، يمكنك فهم القوانين الجديدة. وهذا بالضبط ما حدث لباحثين من جامعة بن غوريون في النقب، الذين اختبروا مادة تنتج اللون الأبيض في الجمبري، واكتشفوا أن لها خصائص تجعله أكثر إشراقا من المواد الأخرى. ويعتبر هذا الاكتشاف إنجازا علميا لأنه يشكل الأساس لمبدأ جديد في مجال البصريات يمكن استخدامه لاختراع مواد جديدة. ونشرت نتائج البحث في المجلة المرموقة طبيعة الضوئيات.
في عالم الكيمياء اليوم هناك تحدي - إنتاج مادة بيضاء صديقة للبيئة وغير ضارة بالصحة، ومشرقة بدرجة كافية ورقيقة قدر الإمكان. لماذا ؟ تستخدم الجسيمات غير العضوية (مثل ثاني أكسيد التيتانيوم وأكسيد الزنك) على نطاق واسع كعوامل تبييض في الأطعمة ومستحضرات التجميل والدهانات. ومع ذلك، ونظراً للقلق من أن هذه المواد تحمل معها مخاطر صحية، هناك حالياً بحث واسع النطاق عن مواد عضوية صديقة للبيئة حتى يمكن استبدال هذه المواد بطريقة صحية. والآن، ومع نتائج الدراسة الجديدة، فمن المحتمل أن المادة التي تسبب اللون الأبيض الناصع في الجمبري هي التي ستجيب على التحدي العالمي.
رسالة الماجستير ل تالي ليمكوف مصحوبة دكتور بن بالمر من قسم الكيمياء في جامعة بن غوريون في النقب، ركز على دراسة المادة التي تنتج اللون الأبيض في الجمبري. يتمتع الجمبري بلون أبيض ناصع بشكل خاص على ظهره وأطرافه بهدف جذب الأسماك، حيث يقوم "بتطهيرها" من الآفات التي يتغذى عليها. كشف فحص متعمق للمادة البيضاء باستخدام مجاهر إلكترونية خاصة أن المادة تتكون من طبقة رقيقة بشكل لا يصدق من كرات نانوية كثيفة للغاية (كرات ذات قطر صغير جدًا).
إن مفتاح هذه البصريات الخاصة هو ترتيب الجزيئات في النانومتر، في المجالات التي تتكون منها. يتم ترتيب الجزيئات على شكل "بلورة سائلة"، وهو ترتيب يتم فيه ترتيب أكوام من الجزيئات في أعمدة تشع من نقطة مركزية مشتركة في مركز الغلاف النانوي، تمامًا مثل مكابح العجلة. يمنح الترتيب النانومتر خاصية بصرية تسمى الانكسار المزدوج. لقد اتضح أن ترتيب الجزيئات والانكسار المزدوج هما المفتاح للتغلب على العائق الذي يقلل من انعكاس الضوء. يتيح التضخيم المزدوج تعبئة النانومترات بكثافة وتقليل سمك الطبقة المطلوبة لإنتاج مادة بيضاء ناصعة. إنتاج مادة بيضاء سميكة موجود في الطبيعة وفي الصناعة، لكن تحضير مادة تعكس ضوءًا أبيض ساطعًا رقيقًا يمثل تحديًا بسبب ظاهرة تسبب انخفاضًا في كمية الضوء المنعكس من مادة كثيفة ورقيقة للغاية مواد. وكشف البحث أنه على الرغم من أن سمك المادة المنتجة في الجمبري لا يتجاوز 5 ميكرون (جزء من مليون من المتر)، إلا أنها قادرة على عكس الضوء الأبيض بطريقة غير عادية تجعلها واحدة من المواد التي تعكس الضوء الأبيض بشكل أكثر فعالية في الطبيعة.
"في البداية اعتقدت أن الأمر لم يكن مثيرًا للاهتمام لأن النانومترات لم تكن مرتبة مثل البلورات الكلاسيكية، بترتيب ثلاثي الأبعاد بعيد المدى. ولكن عندما نظرنا عن كثب باستخدام المجاهر الإلكترونية، أدركنا ليس فقط أن الجسيمات عبارة عن بلورات سائلة، مثل تلك الموجودة في شاشات الكريستال السائل، ولكن أن لها انكسارًا مزدوجًا، وهو أمر نادر جدًا في العالم الحي. قال تالي ليموف.
ولهذا الاكتشاف أهمية كبيرة لأنه يغير الافتراضات والقوانين في عالم البصريات. "هذه حقًا إحدى المرات الأولى التي تعلمنا فيها مبدأً جديدًا تمامًا من دراسة الكائن الحي. لقد تغلب الجمبري على عقبة أساسية في مجال البصريات من خلال إنشاء نانومترات بهذا الترتيب الخاص للجزيئات. والسؤال المطروح الآن هو كيف يمكننا إعادة إنتاج هذا التأثير لإنشاء مواد جديدة يمكننا استخدامها كمضافات غذائية في الخبز الأبيض، أو في الطلاء الأبيض والتطبيقات الأخرى".
تم دعم هذا البحث من قبل ERC، وبرنامج البحث والابتكار Horizon 2020 التابع للاتحاد الأوروبي، ومنحة من مؤسسة العلوم الوطنية السويسرية، ومنحة HFSP (رقم RGP0037/2022) الممنوحة للدكتور بن بالمر. الدكتور بالمر هو الفائز بمنحة ناحوم جوزيك والفائز بمنحة أزريلي لأعضاء هيئة التدريس الشباب لعام 2019. ويتم دعم أبحاث المجهر الإلكتروني من قبل معهد إيلسي كاتس للعلوم والتكنولوجيا النانوية في جامعة بن غوريون في النقب.
ضمت المجموعة البحثية: د. بن بالمر، تالي ليمكوف، أفيتال فاغنر، د. غان زيهانغ - من قسم الكيمياء، د. مارييلا بافان - معهد إيلزا كاتس للعلوم والتكنولوجيا النانوية، وجميعهم في جامعة بن غوريون في النقب. . لوتيم إلوس، بروفيسور دان أورون - معهد وايزمان. د. يوهانس هيتجا - جامعة كامبريدج، المملكة المتحدة، وجامعة آلاتو، فنلندا. الدكتور لوكاس شيرتل - جامعة كامبريدج بالمملكة المتحدة وجامعة فريبورج بسويسرا. د. فينكاتا جايسوريا يالبارجيد - المعهد الهندي للتكنولوجيا. البروفيسور سيلفيا فيجنوليني - جامعة كامبريدج، المملكة المتحدة.
