Wissenschaft auf Schmetterlingsflügeln
Ein spanisch-US-amerikanisches Forscherteam hat mithilfe einer bahnbrechenden Methode Schmetterlingsflügel und Insektenfarben im Nanomaßstab repliziert. Diese Technologie verfügt über ein großes Anwendungspotenzial in optischen Strukturen wie etwa Diffusoren für Solarmodule oder optische Sensoren. Die Ergebnisse der Untersuchung wurden im Fachjournal Bioinspiration & Biomimetics veröffentlicht. Seit Menschengedenken preisen Dichter und Maler die schillernde Pracht und Zerbrechlichkeit von Schmetterlingsflügeln. Jetzt ist es mithilfe eines wissenschaftlichen Durchbruchs gelungen, solche geheimnisvollen und komplexen Strukturen zu kopieren. Ein Forscherteam der spanischen Universidad Autónoma de Madrid (UAM) und der Pennsylvania State University in den USA hat eine Technik entwickelt, die mithilfe von Nanotechnologie derartige biologische Strukturen repliziert. Damit wird die Herstellung von Biomaterialien möglich, aus denen Bauteile wie Diffusoren für Solarmodule und andere optische Geräte gefertigt werden könnten. Die Forscher haben Nanostrukturen geschaffen, die die Farben und das Schillern von Insekten reproduzieren. Dass Insekten schimmern und ihre Farben verändern können, basiert auf photonischen Strukturen im Nanomaßstab, die in der Cuticula (Außenhaut) der Insekten zu finden sind. Die Forscher befassten sich mit diesen photonischen Strukturen, um Biomaterial mit leuchtenden Eigenschaften zu schaffen. "Diese Technik wurde am Institut für Materialwissenschaften der Pennsylvania State University entwickelt und ermöglicht die Nachbildung biologischer Strukturen im Nanomaßstab", sagte Professor Raúl J. Martín-Palma, Dozent an der Fakultät für angewandte Physik der UAM und Mitautor der Studie. Bisher waren die Methoden zur Replizierung von Biostrukturen im Nanomaßstab recht beschränkt. Meist wurde dabei durch den Einsatz hoher Temperaturen und toxischer, ätzender Substanzen die ursprüngliche Biostruktur zerstört. Das neue Verfahren kommt mit normalen Temperaturen aus und vermeidet giftige Substanzen. Es verwendet Verbindungen auf Basis von Germanium, Selen und Stibium (GeSeSb) unter Einsatz der sogenannten CEFR-Technik (Conformal-Evaporated-Film-by-Rotation). Die Technik kombiniert Aufdampfung und Substratrotation in einer Niedrigdruckkammer und basiert auf einem Immersionsverfahren, bei dem Chitin aus den Panzern von Insekten und Gliederfüssern in wässriger Orthophosphorsäurelösung gelöst wird. Mit diesem Verfahren gelang es dem Team, Kopien der Nanostruktur von Schmetterlingsflügeln herzustellen. Professor Mart¡n-Palma glaubt, dass sich Nanostrukturen zur Herstellung optisch aktiver Strukturen wie optischer Diffusoren oder auch Beschichtungen eignen, um eine maximale Absorption von Sonnenlicht zu erreichen. "Weiterhin kann diese Technik zur Replikation anderer biologischer Strukturen wie Käferpanzer oder Facettenaugen von Fliegen, Bienen und Wespen eingesetzt werden", sagte er. Mit ihrem besonders großen Sehwinkel könnten diese für den Einsatz in zahlreichen Anwendungen repliziert werden. Professor Mart¡n-Palma sagte dazu: "Miniaturkameras und optische Sensoren, die auf der Grundlage dieser Organe entwickelt werden, könnten an sehr engen Stellen in Fahrzeugen, Mobiltelefonen und Displays eingebaut werden. Und natürlich kämen sie auch in der Medizin, bei der Entwicklung von Endoskopen, und in Sicherheitsanwendungen, sprich Überwachung, zum Einsatz."
Länder
Spanien, Vereinigte Staaten