Struktury celulozowe w roślinach umożliwią osiąganie niesamowitych barw

Zrównoważona metoda opracowywania pigmentów, z których następnie – dzięki specjalnej nanostrukturze – uzyskuje się kolor, przeszła pomyślnie proces przeskalowania w górę. Rozwiązanie to może sprawić, że część branż zmieni się w bardziej zielone – chyba że wybiorą inny kolor.

Technologie przemysłowe

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”.