Struktury celulozowe w roślinach umożliwią osiąganie niesamowitych barw
Pigmentów interferencyjnych(odnośnik otworzy się w nowym oknie) używa się często, aby nadać maskom samochodów elegancki, metaliczny sznyt, a szminkom kuszący połysk. Efekt ten uzyskuje się zazwyczaj, nakładając kilka warstw tlenku metalu(odnośnik otworzy się w nowym oknie), który sprawia, że interesujący nas kolor powstaje w wyniku interferencji światła rozproszonego na granicy faz nanostruktury(odnośnik otworzy się w nowym oknie) tych warstw. Silvia Vignolini, koordynator projektu PixCell i profesor chemii oraz biomateriałów na Uniwersytecie w Cambridge(odnośnik otworzy się w nowym oknie) (Zjednoczone Królestwo), wyjaśnia następująco: „Pigmenty interferencyjne różnią się od pigmentów, w których za uzyskanie efektu barwnego odpowiada pochłanianie światła. Stąd właśnie ich metaliczny wygląd”. „Interferencja decyduje też o kolorze, jaki widzimy na bańkach mydlanych – woda jest bezbarwna, gdy nalać ją do szklanki, ale na cienkiej warstwie tej cieczy bez trudu dostrzeżemy kolory”.
Niech stanie się światło
W branży pigmentów do uzyskiwania kolorów i efektów wizualnych, takich jak nasycenie, jasność czy połysk, od dawna używa się złożonych barwników syntetycznych lub nieorganicznych. Pewnym wyzwaniem jest jednak to, że pigmenty te często powstają z materiałów nieorganicznych, które ciężko zdobyć. W wielu pigmentach używa się znacznych ilości dwutlenku tytanu, który w wysokich stężeniach może stanowić zagrożenie dla zdrowia. „Jedną z możliwości, która pozwala uzyskać efekt pigmentu interferencyjnego, jest użycie celulozy roślinnej(odnośnik otworzy się w nowym oknie)”, mówi Vignolini. „Wiele roślin jest w stanie wytwarzać kolory właśnie dzięki naturalnie występującym nanostrukturom”. W niektórych owocach i liściach w nanoskali znajdują się włókna celulozy wbudowane w struktury, które mają intensywnie odbijać światło niebieskie. Kluczem do uzyskania całej gamy pigmentów fotonicznych opartych o wykorzystanie celulozy może być powielenie naturalnych procesów organizacji w obrębie komórki roślinnej w tego rodzaju materiałach. Projekt PixCell miał zająć się tym w dwójnasób. Po pierwsze podczas prac udało się wskazać możliwe do wykorzystania, zrównoważone i odnawialne źródła celulozy, takie jak drewno pozostałe z procesów papierniczych. Po drugie autorzy projektu zdołali pokazać, że opatentowaną metodę kontrolowania układu nanokryształów celulozy zastosowaną do wytwarzania pigmentów fotonicznych, która została opracowana podczas badań, da się zastosować także w skali produkcyjnej. Główną zaletą takiego podejścia w rozważaniach dotyczących przemysłu jest możliwość łatwego przystosowania tej techniki do stosowanych technologii przemysłowego wytwarzania emulsji. „Podczas trwania poprzedniego projektu finansowanego przez Europejską Radę ds. Badań Naukowych(odnośnik otworzy się w nowym oknie), SeSaMe, odkryliśmy, że nanokryształy celulozy występujące naturalnie w przyrodzie mogą stanowić źródło określonego koloru”, dodaje Vignolini. „W projekcie PixCell chcieliśmy wykorzystać to odkrycie i uzyskać tą metodą pigment”.
Wykuwanie ogniw łańcucha przemysłowego
Przeniesienie procesu do skali przemysłowej pozwoliło wytworzyć w ramach tego projektu wystarczająco dużo materiału, by wysłać go potencjalnym partnerom przemysłowym. Firmy te, wywodzące się z różnych sektorów, od przemysłu samochodowego aż po kosmetykę, mogły przetestować uzyskany materiał we własnych formułach. Vignolini mówi: „Dziedziny przemysłu, w których używa się kolorów, mogłyby być potencjalnym odbiorcą tej technologii. Przykładowo współpracowaliśmy z firmami drukarskimi, które były zainteresowane stosowaniem pigmentów interferencyjnych jako farby drukarskiej w przypadku drukowania wymyślnych etykiet produktów”. Vignolini jest przekonana, że nawiązanie bliskiej współpracy z przemysłem i wymiana know-how to jedno z największych osiągnięć tego projektu. „W trakcie trwania projektu pracowaliśmy z wieloma firmami i udało się nam poszerzyć wiedzę i świadomość na temat nowej technologii. Poznaliśmy też odpowiednie procesy przemysłowe”, wyjaśnia. Zespół pracujący nad projektem rozważa obecnie otwarcie firmy spin-off, która miałaby wspierać komercjalizację produktu. „Dla laboratorium badawczego to niezwykle trudny etap podróży”, zauważa. „Musieliśmy stworzyć łańcuch dostaw oraz zachować realizm w kwestii wprowadzenia tej innowacji na rynek. Tak czy inaczej jednak to, czego zdołaliśmy dowieść, okazało się być istotnym krokiem na drodze do zademonstrowania skalowalności naszej technologii”.
Słowa kluczowe
PixCell, nanostruktura, pigment, kolor, tlenek metalu, metaliczny, kosmetyka, przemysł samochodowy
