Pacotes minúsculos de melanina imprensados entre a queratina nas penas desse estorninho africano interagem com a luz para produzir as cores iridescentes em seu dorso. Crédito:Liliana D'Alba
Inspirado na forma como as penas iridescentes de pássaros brincam com a luz, os cientistas criaram filmes finos de material em uma ampla gama de cores puras - do vermelho ao verde - com matizes determinados pela estrutura física em vez de pigmentos.
A cor estrutural surge da interação da luz com materiais que possuem padrões em uma escala de minuto, que se dobram e refletem a luz para amplificar alguns comprimentos de onda e amortecer outros. Melanossomas, pequenos pacotes de melanina encontrados nas penas, pele e pelo de muitos animais, pode produzir cor estrutural quando empacotado em camadas sólidas, como estão nas penas de alguns pássaros.
"Sintetizamos e montamos nanopartículas de uma versão sintética da melanina para imitar as estruturas naturais encontradas nas penas das aves, "disse Nathan Gianneschi, professor de química e bioquímica da Universidade da Califórnia, San Diego. “Queremos entender como a natureza usa materiais como este, então, desenvolver uma função que vai além do que é possível na natureza. "
O trabalho de Gianneschi se concentra em nanopartículas que podem sentir e responder ao ambiente. Ele propôs o projeto depois de ouvir Matthew Shawkey, um professor de biologia da Universidade de Akron, descreve seu trabalho sobre a cor estrutural das penas de pássaros em uma conferência. Gianneschi, Shawkey e colegas de ambas as universidades relatam os frutos da colaboração resultante no jornal ACS Nano , postado online em 12 de maio.
Os químicos sintetizaram nanopartículas de melanina sintética e as secaram em filmes finos para criar uma gama de tons puros do vermelho ao verde. O arranjo físico das partículas, em vez de diferentes tipos de pigmentos, determina as cores. Crédito:UC San Diego / University of Akron
Para imitar os melanossomas naturais, Yiwen Li, um pós-doutorado no laboratório de Gianneschi, quimicamente ligada a uma molécula semelhante, dopamina, em malhas. O linkado, ou polidopamina, enrolado em partículas esféricas de tamanho quase uniforme. Ming Xiao, um estudante de pós-graduação que trabalha com Shawkey e o professor de ciências dos polímeros Ali Dhinojwala na Universidade de Akron, secou diferentes concentrações das partículas para formar filmes finos de partículas de polidopamina compactadas.
Os filmes refletem cores puras de luz; vermelho, laranja, amarelo e verde, com matiz determinado pela espessura da camada de polidopamina e quão firmemente as partículas empacotadas, que se relaciona com seu tamanho, análise pelo grupo de Shawkey determinada.
As cores são excepcionalmente uniformes nos filmes, de acordo com medições precisas de Dimitri Deheyn, um cientista pesquisador da Scripps Institution of Oceanography da UC San Diego, que estuda como uma ampla variedade de organismos usa luz e cor para se comunicar. "Este mapeamento espacial de espectros também informa sobre mudanças de cores associadas a mudanças no tamanho ou profundidade das partículas, "Deheyn disse.
Micrografias eletrônicas de seções transversais de filmes feitos de nanopartículas de polidopamina. A espessura das camadas e a densidade das partículas determinam como a luz interage com as partículas, e, portanto, a cor do filme. O filme superior criou uma tonalidade vermelha, o verde inferior. Crédito:UC San Diego / University of Akron
As qualidades do material contribuem para sua aplicação potencial. O matiz puro é uma característica valiosa em sensores colorimétricos. E ao contrário de tintas ou corantes à base de pigmentos, a cor estrutural não desbota. Polidopamina, como melanina, absorve a luz ultravioleta, portanto, os revestimentos feitos de polidopamina também podem proteger os materiais. A dopamina também é uma molécula biológica usada para transmitir informações em nossos cérebros, por exemplo, e, portanto, biodegradável.
"O que me manteve fascinado por 15 anos é a ideia de que se pode gerar cores através do arco-íris por meio de pequenas mudanças (escala nanométrica) na estrutura, "disse Shawkey, cujos interesses vão desde os mecanismos físicos que produzem cores até como as estruturas crescem em organismos vivos." Essa ideia de biomimética pode ajudar a resolver problemas práticos, mas também nos permite testar as hipóteses mecanísticas e de desenvolvimento que propusemos, " ele disse.
Os melanossomas naturais encontrados em penas de pássaros variam em tamanho e forma particular, formando hastes e esferas que podem ser sólidas ou ocas. A próxima etapa é variar as formas das nanopartículas de polidopamina para imitar essa variedade para testar experimentalmente como o tamanho e a forma influenciam as interações da partícula com a luz, e, portanto, a cor do material. Em última análise, a equipe espera gerar uma paleta de biocompatíveis, cor estrutural.
