Стрекозы помогут инженерам создавать чистый насыщенный цвет без токсичных красителей
Ученые из Университета Бен-Гуриона впервые раскрыли биологические механизмы, позволяющие стрекозам создавать исключительно насыщенную расцветку крыльев и тела.
Обычно структурная окраска в природе формируется за счет так называемых "фотонных стекол" – хаотично расположенных наносфер, которые рассеивают свет. В искусственных материалах такие системы часто страдают от низкой насыщенности: даже небольшие различия в размерах частиц размывают оттенки. Стрекозы вида Ischnura elegans (стрекоза-стрелка элегантная) преодолели это физическое ограничение с помощью эволюционного механизма, который исследователи назвали структурной дисперсией.
Изучая оптические свойства крыльев и тела насекомых, авторы работы обнаружили, что при увеличении геометрического размера наносферы она формируется более пористой и рыхлой. Внутри крупной сферы возрастает доля пустот или внутриклеточной жидкости, из-за чего ее средняя плотность и показатель преломления падают. В оптике цвет зависит от размера структуры и показателя преломления, и стрекозы научились идеально балансировать эти параметры.
Благодаря этому, независимо от своего диаметра, все сферы отражают один и тот же оттенок синего или зеленого цвета. Кроме того, стрекозы используют встроенные светофильтры. Сферы содержат желтый пигмент, который поглощает лишнее излучение и делает основной тон визуально гораздо более чистым. Работа опубликована в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
Открытие предлагает новые перспективы для индустрии. Описанный подход может послужить основой для создания чистых, высококачественных фотонных материалов. Они способны заменить токсичные синтетические пигменты в самых разных отраслях промышленности – от косметики до окраски тканей.
"Природа нашла элегантный способ создавать совершенные цвета из несовершенных деталей, – отмечает соавтор работы доктор Тали Лемкоф. – Это в будущем поможет создавать высококачественные оптические материалы, используя устойчивые органические ингредиенты вместо синтетических химикатов, от которых мы зависим сегодня".