Na křídlech některých motýlů hraje světlo proměnlivými modro-zelenými, nebo červenými barvami. Hnědé a černé vzory jsou výsledkem melaninových pigmentů, ale zářivé opaleskující reflexy má na svědomí mikrostruktura povrchu motýlích křídel. Na ní se světlo lomí, odráží a interferuje. Jemné šupinky motýlích křídel jsou díky tomu již dlouhou dobu inspirací pro optiky a nanotechnology. Snaží se vytvořit struktury s podobnými vlastnostmi pro různá použití.
Nový typ takové opalizující mikrostruktury představili v posledním čísle Nature Nanotechnology vědci z renomované University of Cambridge. Osmičlenný tým profesora Ullricha Steinera, šéfa Oddělení fyziky proslulé Cavendishovy laboratoře, si za přírodní živý vzor zvolil známého indonéského otakárka Papilio blumei. Patří mezi početné druhy, které jsou zářivými klenoty nejen v přírodě, případně ve sbírkách motýlů, ale téměř po celém světě se prodávají zarámovaní v podobě obrázků na stěnu. Dobře jim tak, když nám připadají tak krásní!
Snad se vědcům podaří nahradit touhu tuto zrak matoucí krásu vlastnit v přírodní formě. Kde není poptávka, nebude ani nabídka. Zatím ale jde zejména o „praktičtější“ využití, na které grantové agentury lépe slyší.
Exotický otakárek má na povrchu opalizujících chitinových šupinek mikroskopickou pravidelnou strukturu z prohlubní, která vzdáleně připomíná karton na vajíčka. Napodobit jenom tvar by ale nestačilo. Cambridžští vědci museli najít vhodné materiály, prozkoumat jejich kombinace a rozložení tak, aby vytvořili mikroskopickou strukturu s požadovanými optickými vlastnostmi. Nakonec dospěli k tomuto řešení, jež skýtá prostor pro další modifikace:
Na tenký křemíkový podklad pokrytý tenoučkou vrstvičkou zlata nanesli v koloidním roztoku polystyrenové mikro-kuličky. Tyto se po povrchu pravidelně rozmístnily působením slabého elektrického napětí, které vytváří povrchový náboj umožňující jakousi samoorganizaci. Tak vědci vytvořili strukturu z drobných kuliček s průměrem 5 mikrometrů, pravidelně uspořádaných na ploše. Meziprostory pak zalili 2,5mikrometrovým (právě polomer kuliček) filmem ze zlata (nebo platiny). Následně polystyren pomocí rozpouštědla odstranili, čímž vznikla potřebná důlkovitá zlatá plocha. Na její povrch opatrně rozprášili 20nanometrovou vrstvu uhlíku a na ní nanesli 11, střídavě se opakujících vrstviček oxidu titaničitého a oxidu hlinitého. (Při jiném pokusu polystyrén neodstranili, jenom ho rozpustili tak, aby důlky zalil a vytvořil souvislý povrch, který pak pokryli 11vrstevným filmem z oxidů).
Běžné denní světlo na takto strukturovaném povrchu tvoří optický efekt, který vskutku připomíná opaleskující modro-zelenou hru světla na křídlech exotického otakárka. Dna důlků odrážejí žluto-zelené světlo, stěny pak modré. V speciálním optickém polarizačním mikroskopu (se zkříženými nikoly) žlutozelené světlo mizí a modré vytvoří v každém důlku charakteristický obrazec. (Při druhém typu povrchu, kde důlky vyplňuje vrstva polystyrenu, polarizační světlo vytváří červený efekt). A to je vlastnost, která by se měla dát využít pro optické šifrování a bezpečnostní prvky například na bankovkách nebo osobních dokladech. Možná i motýli používají své proměnlivé zbarvení z toho jistého důvodu – maskují svou identitu. Jestli zrak predátora vidí jenom ve vegetaci se ztrácející zelenou barvu, ale potenciální partneři vlastního druhu zářivou modrou, pak je to možné vysvětlení evoluční cesty vedoucí k nádheře motýlích křídel, jejichž barvy klamou zrak.
|
Přírodní struktura pod rastrovacím a optickým mikroskopem. Základní materiál – chitin. Kredit: M. Kolle et al. 2010 |
Imitace z Oddělení fyziky Cavendishovy laboratoře slavné University v Cambridge. V důlcích byly původně na zlatém podkladě polystyrenové kuličky. Po jejich rozpuštění se na povrch postupně nanášely další mikrometrové vrstvy – nejdřív uhlík, pak na střídačku oxid titaničitý a oxid hlinitý. |
Diskuze:
