p A iridescência das bagas de mármore e os inteligentes, As perfurações de microalgas que dobram a luz estão inspirando cientistas a criar purpurina biodegradável e pigmentos de maquiagem, e algas biônicas para uso em lasers ou para limpar poluentes. p A natureza gastou milhões de anos desenvolvendo respostas para problemas. Ela surgiu com soluções engenhosas para construir estruturas fortes, coletar energia e produzir cores iridescentes. Os cientistas estão cada vez mais se voltando para o mundo natural em busca de inspiração para criar novos, materiais e tecnologias mais verdes.

p No laboratório da Dra. Silvia Vignolini na Universidade de Cambridge, REINO UNIDO, os cientistas estão desenvolvendo purpurina biodegradável e corantes naturais para corantes alimentícios e cosméticos como parte de um projeto chamado PlaMatSu.

p Para fazer isso, eles estão usando celulose, uma fibra natural que dá força e rigidez às árvores e plantas, usado para fazer papel. “É o material mais abundante que temos no planeta, "disse o Dr. Vignolini." Todo mundo pensa em sua força, mas nem todo mundo sabe que você pode usar celulose para fazer pigmentos. "

p A celulose pura é branca como a neve. Para conjurar cores, Dr. Vignolini esculpe formas minúsculas de celulose que a luz reflete como cores brilhantes - algo chamado cor estrutural.

p "Ao estruturar o material em nanoescala, a luz interage com ele de uma forma que cria cor, "Dr. Vignolini disse - pense nas tonalidades que as bolhas de sabão geram ao se curvar a luz, ou as asas coloridas de uma borboleta. Nestes exemplos, a cor muda de acordo com o ângulo de visão.

p Dr. Vignolini foi inspirado pelas cores iridescentes do mundo natural causadas pela estrutura de um material ao invés da presença de pigmentos. O fruto azul metálico brilhante da baga de mármore (condensado de Pollia) é um dos exemplos mais marcantes que o Dr. Vignolini estudou, com a reflexão da cor mudando entre as células e dando à fruta uma aparência cintilante. Um exemplo diferente é o besouro Cyphochilus, que ela descobriu ser mais branca do que papel, graças às escalas ultrafinas que desviam todas as cores.

p Cor estrutural

p O laboratório do Dr. Vignolini usou cores estruturais para fazer pigmentos e purpurina totalmente biodegradáveis, que pode ser usado em maquiagem ou como confete, por exemplo. O glitter convencional é feito de micropartículas de polímero, enquanto o glitter do Dr. Vignolini é feito apenas de celulose de formato especial.

p “Isso é feito do mesmo material que está em todas as paredes celulares das plantas. Faz 40% de uma salada, "disse a Dra. Vignolini sobre seu glitter." Não é prejudicial se se dispersar no meio ambiente, e também é comestível. "

p Ela colabora com empresas de cosméticos para gerar produtos à base de plantas, pigmentos biodegradáveis, inclusive para maquiagem e cuidados com a pele.

p Ela também trabalha em novos corantes alimentares estruturais de resíduos orgânicos, já que a indústria de alimentos está trabalhando para substituir os corantes sintéticos. "Podemos usar as sobras dos processos de fabricação de papel, ou resíduos agrícolas, como casca de manga ou banana, que é rico em celulose, e então usá-lo para fazer a coloração, "disse o Dr. Vignolini.

p Outros na rede PlaMatSu estão olhando além da cor para implantar ideias superficiais tiradas da natureza. Equipes da Universidade de Freiburg, Alemanha, e a Universidade de Friburgo, Suíça, estão observando como as superfícies ásperas das plantas detêm os insetos. Eles podem fazer materiais biodegradáveis ​​que podem ser pulverizados para impedir que os insetos se alimentem de uma plantação ou paredes para deter os insetos.

p Para o professor Gianluca Maria Farinola da Universidade de Bari, Itália, um químico sintético, as belas estruturas de manipulação de luz de minúsculas algas chamadas diatomáceas têm muitos usos possíveis.

p Ele investigou moléculas e nanoestruturas para tecnologias LED, células solares e dispositivos ópticos. Ao ensinar alunos de graduação em ciências ambientais, ele encontrou diatomáceas. Ele se inspirou para criar algas biônicas que podem manipular a luz para tecnologias de laser ou para entregar medicamentos.

p Diatomáceas

p Diatomáceas são algas unicelulares, cada um envolto em sílica, sua própria casa de vidro. Estes podem ser em forma de leque ou haste, ziguezague, circular, ou triangular. "São belos objetos naturais que inspiraram artistas, designers e arquitetos de moda, "disse o Prof. Farinola. Ocorrem nos mares, lagos e lagoas e fabricam pelo menos 20% do oxigênio que respiramos.

p "As maiores espécies podem ser vistas a olho nu, mas apenas como pequenos pontos, "disse o Prof. Farinola." Você não pode apreciar a beleza de sua forma e estrutura. "

p Sob um microscópio, você pode ver poros ou uma variedade de cristas e elevações. Essas marcações focam os melhores comprimentos de onda de luz para a célula para fotossíntese, ao espalhar ou filtrar comprimentos de onda prejudiciais. Isso os torna estruturas fotônicas naturais, o que significa que eles são capazes de manipular a luz.

p "Cristais fotônicos são muito usados ​​em tecnologias de laser, "disse o Prof. Farinola, e ele acredita que as diatomáceas podem inspirar os pesquisadores a criar novas tecnologias fotônicas para detecção de luz, computação ou robótica, por exemplo.

p Como parte da rede BEEP que explora materiais de colheita solar bioinspirados, O Prof. Farinola está fazendo doutorado. aluno para estudar a fotossíntese de diatomáceas e criar uma diatomácea biônica com uma peça extra de equipamento de coleta de luz - certas moléculas.

p "Incorporamos moléculas que cobrem uma gama de comprimentos de onda que a diatomácea não absorve naturalmente, "disse o Prof. Farinola. Isso atua como uma antena artificial para absorver luz extra e sobrecarregar a fotossíntese. Isso deve impulsionar o crescimento de diatomáceas em um tanque de água do mar.

p A pesquisa do Prof. Farinola pode ver o cultivo de diatomáceas especiais para a distribuição de drogas. Seu laboratório em Bari pode modificar suas estufas depois de remover a célula de dentro, ou anexar uma substância à comida de diatomáceas para enfiá-la dentro da casca. Seu grupo anexou moléculas de antioxidantes em cascas de diatomáceas que, em seguida, prenderam o antibiótico ciprofloxacina, que poderia potencialmente ser entregue dentro de um paciente.

p Em outro exemplo, diatomáceas vivas pegaram bisfosfonatos, que é uma droga bem conhecida por melhorar o estado ósseo em pacientes com osteoporose. "Em seguida, removemos toda a matéria viva e temos sílica com bisfosfonato sobrando, "disse o Prof. Farinola. Ele prevê cobrir um implante com essas conchas de sílica para estimular o crescimento ósseo após a cirurgia, embora isso ainda não tenha sido tentado em pacientes.

p Sua equipe também está estudando como a sílica das cascas de diatomáceas pode ser usada para limpar diferentes poluentes do meio ambiente. Os pesquisadores cobriram as conchas das diatomáceas mortas com um polímero especial (polidopamina) e colaram enzimas que poderiam, em princípio, ser usadas para decompor os poluentes, de acordo com o Prof. Farinola.

p Ao reunir biólogos, especialistas em algas, físicos, químicos sintéticos e pesquisadores emergentes, O BEEP tem como objetivo explorar como os microrganismos podem nos ajudar a gerar novas tecnologias.

p "Queremos quebrar a fronteira entre a biologia, química e física no contexto do estudo de plantas, "disse o Dr. Vignolini, quem coordena o BEEP. Ela vê esta rede e PlatMaSu como habilitando novos, materiais mais ecológicos que atendem às necessidades sociais.

p Pigmento vs cor estrutural

p A cor do pigmento absorve e reflete diferentes comprimentos de onda da luz visível, cada um dos quais corresponde a uma cor particular. Se uma parede pintada absorver todos os comprimentos de onda da luz, exceto o azul, então a parede ficará azul. Os pigmentos químicos produzem uma cor que parece a mesma de todos os ângulos e desbota com o tempo.

p Em contraste, a cor estrutural não absorve luz, mas, em vez disso, reflete em estruturas como escalas. O comprimento de onda da luz refletida depende da orientação do objeto e do ângulo de onde o observador o vê. Estruturas multicamadas podem causar iridescência, conforme a cor muda dependendo do ângulo de visão. Ao contrário dos pigmentos químicos, a cor estrutural é resistente ao desbotamento. É muito difundido no mundo natural, e pode ser encontrado em camaleões e penas de pavão.