Evaluation of Photonic Materials with Biomimetic Structural Coloration

Význam tématu

Biomimetická strukturální kolorace umožňuje tvorbu živých barev pomocí mikroskopických struktur místo tradičních pigmentů. Inspirace přírodními systémy, jako jsou křídla motýla Morpho nebo paví peří, otevírá nové možnosti pro vývoj pokročilých optických materiálů a ekologických barviv.

Cíle a přehled studie

Cílem studie bylo vyhodnotit optické vlastnosti materiálů s biomimetickou strukturální kolorací založenou na částicích polystyrenu (PSt) potažených polydopaminem (PDA). Práce se soustředila na vliv velikosti částic, tloušťky povlaku a úhlu dopadu světla na odrazové spektrum a barevné parametry.

Použitá metodika a instrumentace

• Spectrofotometrie ve viditelné oblasti (380–780 nm) se zařízením SolidSpec-3700DUV s nastavitelným úhlem absolutní reflexe.
• Depolarizační element DEQ-2OP (SIGMAKOKI) pro stabilizaci polarizace záření.
• Měření při úhlech dopadu 5°, 12°, 30° a 45° s maskou pro svazek 1 mm.
• Analýza morfologie a uspořádání částic pomocí laserového skenovacího sondového mikroskopu SFT-4500 Nano Search Microscope.

Hlavní výsledky a diskuse

• S rostoucí tloušťkou PDA povlaku došlo k posunu odrazového maxima (redshift) od modré přes zelenou k žluté u silně pokrytých vzorků.
• Zvětšení průměru PSt částic rovněž způsobilo redshift, což potvrzuje úlohu rozměru částic na interferenčním zbarvení.
• Při zvětšení úhlu dopadu světla byly u všech vzorků zaznamenány blueshift, typický pro Braggovy reflexe v nanostruktuře.
• Topografické snímky ukázaly pravidelné uspořádání částic (krystalická mřížka) u vzorků s tenkým povlakem a amorfní strukturu u silně pokrytých částic, což vysvětluje rozdíly v úhlové závislosti barvy.

Přínosy a praktické využití metody

Tato metodika umožňuje cílenou kontrolu barevného tónu a úhlové závislosti strukturální kolorace. Potenciální aplikace zahrnují vývoj nových inkoustů, optických povlaků, testovacích standardů v QA/QC a šetrných biopolymerových barviv.

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekává se rozšíření biomimetických fotonických materiálů v oblastech inteligentních povlaků, optických senzorů, displejových technologií a fotonických čipů. Další výzkum by měl směřovat k adaptivním strukturám reagujícím na vnější podněty a k využití biokompatibilních a rozložitelných polymerních nosičů.

Závěr

Spektrofotometrické a mikroskopické hodnocení potvrdilo, že kombinací velikosti částic, tloušťky povlaku a úhlu dopadu lze přesně řídit barevnou odezvu biomimetických materiálů. Výsledky otevírají cestu k praktickému využití v ekologických a technologických aplikacích.

Reference

• Shimadzu Corporation. New World Opened Up by Biomimetics.
• Yoshioka S., Kinoshita S. Effect of Macroscopic Structure in Iridescent Color of the Peacock Feathers. Forma 17:169 (2002).
• Kawamura A., Kohri M., Morimoto G. et al. Full-Color Biomimetics Photonic Materials with Iridescent and Non-Iridescent Structural Colors. Scientific Reports 6:33984 (2016).