قام فريق مشترك من الباحثين من جامعة بنسلفانيا وجامعة مدريد بإسبانيا بتطوير طريقة لتكرار الهياكل البيولوجية، مثل أجنحة الفراشة، على مقياس نانومتر. ويمكن استخدام المادة الحيوية الناتجة لإعداد هياكل نشطة بصريًا، مثل الناشرات الضوئية للألواح الشمسية.
إن ألوان الحشرات وتألقها بعدة ألوان (قدرتها على تغيير اللون حسب الزاوية) وقدرتها على الظهور بلون معدني، كلها تحددها الهياكل النانوية الضوئية الصغيرة الموجودة في غلافها (البشرة، الطبقة الواقية الخارجية ). وركز العلماء على هذه الهياكل الحيوية لتطوير الأجهزة ذات خصائص انبعاث الضوء، وتم نشر النتائج التي توصلوا إليها في المجلة العلمية Bioinspiration & Biomimetics.
يوضح الباحث الرئيسي راؤول جيه مارتين بالما: "تسمح هذه الطريقة بإعادة إنتاج الهياكل البيولوجية بدقة على مقياس نانومتر". صنع الباحثون نسخًا متماثلة دقيقة ومستقلة من الأنماط الحيوية الكيتينية الهشة ومتعددة الطبقات التي تحاكي الهياكل النانوية لأجنحة الفراشة. غالبًا ما يعتمد مظهر هذه المصفوفات على بنيتها النانومترية الدورية (التي تحدد اللون "الفيزيائي") أكثر من الاعتماد على الأصباغ الموجودة في أجنحتها (التي تحدد اللون "الكيميائي").
ومن أجل تحضير مواد حيوية جديدة، استخدم فريق البحث مركبات تعتمد على عناصر الجرمانيوم والسيلينيوم والاستيبيوم (الأنتيمون) وطريقة كيميائية خاصة تسمى فيلم مطابق للتبخر بالتناوب. بالإضافة إلى ذلك، استخدموا الغمر في محلول مائي من حمض الفوسفوريك لإذابة الكيتين (مادة غالبًا ما توجد في الهيكل الخارجي للحشرات والمفصليات الأخرى).
إن الطرق التي تم استخدامها حتى الآن لتقليد الهياكل الحيوية محدودة للغاية عندما يتعلق الأمر بالحصول على نسخ متماثلة فعالة على مقياس النانومتر، وعادةً ما تؤدي إلى إتلاف البنية الحيوية الأصلية بسبب ظروف الجو المسببة للتآكل أو درجة الحرارة العالية التي يعملون. والطريقة الجديدة تتغلب على هذه النتوءات بشكل كامل وتتم في درجة حرارة الغرفة ودون الحاجة لاستخدام مواد سامة.
لاحظ الباحثون أن الهياكل التي تم الحصول عليها من تكرار الأنماط الحيوية لأجنحة الفراشة يمكن استخدامها لإعداد العديد من الهياكل النشطة بصريًا مثل الناشرات أو الأغطية الضوئية التي من شأنها زيادة امتصاص الخلايا الشمسية للضوء أو الأجهزة الأخرى. "علاوة على ذلك، يمكن استخدام هذه الطريقة لتكرار الهياكل البيولوجية الأخرى، مثل قوقعة الخنفساء، أو العيون المعقدة للذباب والنحل والدبابير"، كما يوضح الباحثون.
تعتبر العيون المركبة لبعض الحشرات مرشحة جيدة لعدد كبير من التطبيقات لأنها توفر رؤية واسعة الزاوية. "إن تطوير كاميرات وأجهزة استشعار بصرية صغيرة تعتمد على هذه الأعضاء يمكن أن يسمح بإدخالها في مساحات صغيرة في السيارات والهواتف والشاشات المحمولة، بالإضافة إلى استخدامها في مجالات مثل الطب (المنظار، جهاز لفحص وعرض الأجزاء الداخلية من الأعضاء) أعضاء الجسم) والأمن (المراقبة الإلكترونية)،" يقول الباحث الرئيسي
