צוות חוקרים משותף מאוניברסיטת פנסילבניה והאוניברסיטה במדריד, ספרד, פיתח שיטה לשכפל מבנים ביולוגיים, כדוגמת כנפי פרפרים, בקנה-מידה ננומטרי. ביו-החומר המתקבל יוכל לשמש להכנת מבנים פעילים אופטית, כגון מפזרים אופטיים עבור לוחות סולאריים.
הצבעים של החרקים, נצנוצם בשלל צבעים (היכולת שלהם לשנות את הצבע בהתאם לזווית) והיכולת שלהם להופיע בצבע מתכתי נקבעים כולם ע”י ננו-מבנים פוטוניים זעירים המצויים בכסותית (קוּטִיקוּלָה, שכבת המגן החיצונית) שלהם. המדענים התמקדו בביו-מבנים אלו לשם הפיתוח של התקנים בעלי תכונות פולטות אור וממצאיהם פורסמו בכתב-העת המדעי Bioinspiration & Biomimetics.
“השיטה מאפשרת שכפול מדויק של מבנים ביולוגיים בקנה-מידה ננומטרי,” מסביר החוקר הראשי, Raúl J. Martín-Palma. החוקרים הכינו העתקים עצמאיים מדויקים של ביו-תבניות שבריריות ורב-שכבתיות של כיטין, שהינם חיקוי ננו-המבנים של כנפי-פרפר. המראה של מערכים אלו לרוב תלוי יותר במבנה הננומטרי המחזורי שלהם (אשר קובע את הצבע “הפיסיקלי”) מאשר בפיגמנטים המצויים בכנפיהם (אשר קובעים את הצבע “הכימי”).
בכדי להכין ביו-חומרים חדשים, צוות המחקר השתמש בתרכובות המבוססות על היסודות גרמניום, סלניום וסטיביום (אנטימון) ובשיטה כימית מיוחדת בשם Conformal-Evaporated-Film-by-Rotation. בנוסף, הם השתמשו בהטבלה בתוך תמיסה מימית של חומצה זרחתית לשם המסת הכיטין (חומר המצוי לרוב בשלד החיצוני של חרקים ופרוקי-רגליים אחרים).
השיטות ששימשו עד היום לחיקוי ביו-מבנים מוגבלות ביותר בכל הנוגע לקבלת העתקים יעילים בקנה-מידה ננומטרי, ולרוב הן פוגמות בביו-המבנה המקורי בשל התנאים של אווירה קורוזיבית או טמפרטורת גבוהות בהן הן פועלות. השיטה החדשה מתגברת לחלוטין על מהמורות אלו והיא מתרחשת בטמפרטורת החדר וללא צורך בשימוש בחומרים רעילים.
החוקרים מציינים כי המבנים המתקבלים משכפול ביו-התבניות של כנפי-הפרפרים יוכלו לשמש להכנת מבנים פעילים אופטית מגוונים כגון מפזרים או כיסויים אופטיים שיגבירו את ספיגת האור של תאים סולאריים, או התקנים אחרים. “יתרה מכך, השיטה יכולה לשמש לשכפול מבנים ביולוגיים אחרים, כגון מעטפת החיפושית, או העיניים המורכבות של זבובים, דבורים וצרעות,” מסבירים החוקרים.
העיניים המורכבות של חרקים מסוימים הינן מועמדות ראויות למספר רב של יישומים כיוון שהם מספקות ראיה זוויתית נרחבת. “הפיתוח של מצלמות זעירות וחיישנים אופטיים המבוססים על איברים אלו יוכל לאפשר את הכנסתם לתוך חללים זעירים במכוניות, טלפונים וצגים ניידים, בנוסף לשימושם בתחומים כגון רפואה (אנדוסקופ, מכשיר לבדיקה ולצפייה בחלקים פנימיים של איברים בגוף) וביטחון (מעקב אלקטרוני),” אומר החוקר הראשי.
