納米科學：受鳥類羽毛啟發的新納米材料與光一起發揮創造色彩！
受到虹彩鳥類羽毛光線照射的啟發，科學家們創造了各種純色的薄膜材料 - 從紅色到綠色 - 色調由物理結構決定，而不是顏料，結構顏色源於光與具有微小尺度圖案的材料的相互作用，其彎曲和反射光以放大某些波長並抑制其他波長。黑色素，在許多動物的羽毛，皮膚和毛皮中發現的微小黑色素包，在包裝成固體層時會產生結構色，就像它們在一些鳥類的羽毛中一樣，我們合成並組裝了合成版黑色素的納米顆粒，以模仿鳥類羽毛中的天然結構，」加州大學聖地牙哥分校化學與生物化學教授Nathan Gianneschi說。「我們想要了解大自然如何使用這樣的材料，然後開發出超越自然界可能性的功能。
Gianneschi的工作重點是能夠感知和響應環境的納米粒子。在聽到阿克倫大學的生物學教授馬修·肖基（Matthew Shawkey）在一次會議上描述他關於鳥類羽毛結構顏色的研究後，他提出了這個項目。兩位大學的Gianneschi，Shawkey及其同事在5月12日在線發布的ACS Nano雜誌上報導了合作的成果。
為了模仿天然的黑素體，Gianneschi實驗室的博士後研究員Yiwen Li將類似的多巴胺分子化學連接成網狀物。連接的或聚多巴胺，球化成近似均勻尺寸的球形顆粒。與Shawkey和阿克倫大學的聚合物科學教授Ali Dhinojwala合作的研究生Ming Xiao將不同濃度的顆粒乾燥，形成緊密堆積的聚多巴胺顆粒薄膜，這些電影反映了純淨的光線; 由Shawkey的小組確定的紅色，橙色，黃色和綠色，色調由聚多巴胺層的厚度決定，以及顆粒的緊密程度與其尺寸有關，根據加州大學聖地牙哥分校Scripps海洋學研究所的研究科學家Dimitri Deheyn的精確測量，他們研究了各種生物如何利用光和顏色進行交流，這些顏色在整個電影中非常均勻。「這種光譜的空間映射還可以告訴你與粒子大小或深度變化相關的顏色變化，」Deheyn說。
材料的質量有助於其潛在的應用。純色調是比色傳感器中的一種有價值的特性。與顏料基塗料或染料不同，結構顏色不會褪色。聚多巴胺，如黑色素，吸收紫外線，因此聚多巴胺製成的塗料也可以保護材料。多巴胺也是一種生物分子，用於在我們的大腦中傳遞信息，因此可生物降解，讓我著迷15年的是人們可以通過結構的微小（納米級）變化在彩虹上產生顏色，」Shawkey表示，他的興趣範圍從產生顏色的物理機制到結構如何生長生物。「這種仿生學的想法可以幫助解決實際問題，但也使我們能夠測試我們提出的機制和發展假設，」他說，在鳥類羽毛中發現的天然黑素體的大小和形狀各不相同，形成可以是實心或空心的杆和球體。下一步是改變聚多巴胺納米顆粒的形狀，以模擬該多樣性，以實驗測試尺寸和形狀如何影響顆粒與光的相互作用，從而影響材料的顏色。最終，該團隊希望生成一種生物相容的結構色調。