El tulipán llamado Reina de la noche tiene un nombre apropiado. Sus pétalos son de un exuberante color púrpura intenso que raya en negro. Un brillo iridiscente baila sobre los tonos nocturnos, casi como la luz de la luna que brilla en las joyas reales.
Ciertas plantas de la selva tropical en Malasia demuestran una característica de color aún más llamativa: sus hojas azules iridiscentes se vuelven verdes cuando se sumergen en agua.
Tanto el brillo del arco iris del tulipán como el cambio de color de las plantas de Malasia son ejemplos de color estructural, un efecto óptico producido por una estructura física, en lugar de un pigmento químico.
Ahora los investigadores han demostrado cómo la celulosa vegetal puede autoensamblarse en superficies arrugadas que dan lugar a efectos como la iridiscencia y el cambio de color. Sus hallazgos proporcionan una base para comprender el color estructural en la naturaleza, así como proporcionar información que podría guiar el diseño dedispositivos como sensores ópticos de humedad. Los investigadores describen sus resultados en un artículo en El diario de la física química , de AIP Publishing.
comenzando con la celulosa retorcida
La celulosa es uno de los materiales orgánicos más abundantes en la Tierra. Forma una parte clave de la pared celular de las plantas verdes, donde las fibras de celulosa se encuentran en capas. Las fibras en una sola capa tienden a alinearse en una sola dirección.Sin embargo, cuando mueve una capa hacia arriba o hacia abajo, el eje de orientación de las fibras puede cambiar.Si imaginaba una flecha apuntando en la dirección de la alineación de la fibra, a menudo giraba en círculo a medida que se movía a través de las capas de celulosa.Este patrón de torsión se llama fase colestérica, porque se observó por primera vez al estudiar las moléculas de colesterol.
Los científicos piensan que la celulosa se retuerce principalmente para proporcionar resistencia. "Las fibras se refuerzan en la dirección en que están orientadas", dijo Alejandro Rey, ingeniero químico de la Universidad McGill en Montreal, Canadá. "Cuando la orientación gira, obtienes rigidez multidireccional"
Sin embargo, Rey y sus colegas no estaban interesados principalmente en las propiedades mecánicas de la celulosa. En cambio, se preguntaban si la estructura retorcida podía producir efectos ópticos sorprendentes, como se ve en plantas como tulipanes iridiscentes.
El equipo construyó un modelo computacional para examinar el comportamiento de la celulosa en fase colestérica. En el modelo, el eje de torsión corre paralelo a la superficie de la celulosa. Los investigadores descubrieron que las hélices del subsuelo naturalmente causaron arrugas en la superficie.tenían un rango de altura en la nanoescala y estaban separados en el orden de micras.
El patrón de crestas paralelas se parecía al patrón microscópico en los pétalos del tulipán Reina de la Noche. Las crestas dividen la luz blanca en sus muchos componentes de colores y crean un brillo iridiscente, un proceso llamado difracción. El efecto también se puede observarcuando la luz golpea las ranuras microscópicas en un CD.
Los investigadores también experimentaron con la forma en que la cantidad de agua en las capas de celulosa afectaba las propiedades ópticas. Más agua hizo que las capas se torcieran menos apretadas, lo que a su vez hizo que las crestas se separaran más.El equipo descubrió que una superficie con un tono espacialmente variable en el que algunas áreas estaban más hidratadas que otras era menos iridiscente y reflejaba una longitud de onda primaria más larga que las superficies con un tono constante. El cambio de longitud de onda de alrededor de 460 nm luz azul visible a alrededor de 520 nm luz verde visible podría explicar las propiedades de cambio de color de algunas plantas, dijo Rey.
Perspectivas de la naturaleza e inspiración para nuevas tecnologías
Los investigadores dijeron que, aunque demuestran que las superficies difractivas en la naturaleza se forman de la misma manera requerirá más trabajo, el modelo ofrece una buena base para explorar aún más el color estructural, imaginan que el modelo también podría guiar el diseño de nuevos dispositivos ópticos,por ejemplo, sensores que cambian de color para indicar un cambio en la humedad.
"Los resultados muestran que la óptica [de la celulosa colestérica] es tan emocionante como las propiedades mecánicas", dijo Rey. Dijo que los científicos tienden a pensar en las estructuras como armaduras biológicas, debido a sus propiedades de refuerzo ".esta armadura también puede tener colores llamativos ", dijo.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Instituto Americano de Física . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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