أجنحة الفراشة الزرقاء اللامعة تؤدي إلى طلاء أقل سمية
أجنحة الفراشة الزرقاء اللامعة تؤدي إلى طلاء أقل سمية
فيديو: أجنحة الفراشة الزرقاء اللامعة تؤدي إلى طلاء أقل سمية
فيديو: ذبات الفراشات 💖 2023, شهر فبراير
Anonim

يمكن ترجمة ظاهرة تُعرف باسم اللون الهيكلي إلى مجموعة من المنتجات التجارية.

أجنحة الفراشة الزرقاء اللامعة تؤدي إلى طلاء أقل سمية
أجنحة الفراشة الزرقاء اللامعة تؤدي إلى طلاء أقل سمية

لطالما أسرت الأشكال الزرقاء النابضة بالحياة لأجنحة فراشات المورفو ليس فقط حشرات الجناح ، ولكن أيضًا الكيميائيين. ينبع اهتمام الأخير من الهياكل البروتينية النانوية المعقدة داخل الأجنحة: تعمل أشكالها مثل المنشور ، مما يعكس لونًا مزخرفًا مذهلاً. يأمل علماء المواد في نهاية المطاف في تسخير خصائص هذه الهياكل لصنع منتجات مثل الطلاء ومستحضرات التجميل - بدون صبغات وأصباغ يمكن أن تكون ضارة بصحة الإنسان والبيئة.

كان اكتشاف كيفية تطبيق مفهوم "اللون الهيكلي" هذا على مجموعة واسعة من المنتجات أمرًا صعبًا. لكن الكيميائيين الآن في شركة ناشئة في بيركلي بولاية كاليفورنيا تدعى Cypris Materials ، يقولون إنهم يقتربون من طريقة للقيام بذلك. دون استخدام الأصباغ ، كما يقولون ، فقد طوروا ملونات يمكنها إنتاج ألوان في المناطق فوق البنفسجية والمرئية والأشعة تحت الحمراء القريبة من الطيف الكهرومغناطيسي - ويمكن استخدامها في تطبيقات من دهانات السيارات إلى أحبار الطابعة وطلاء الأظافر. "لقد أحرزوا تقدمًا في مجال يحتاج بشدة إلى الابتكار ، ويبدو أنهم انتقلوا من المختبر إلى العالم الحقيقي. يقول جون وارنر ، زميل أبحاث متميز في شركة Zymergen ورائد في الكيمياء الخضراء ، والذي لم يشارك في عمل شركة Cypris Materials ، إنه أمر مثير للإعجاب للغاية.

تم استخدام الأصباغ والأصباغ التقليدية لعدة قرون لإضافة اللون إلى النسيج والدهانات وللتطبيقات اليومية الأخرى. إنها تضفي ألوانًا مختلفة من خلال الطريقة التي تمتص بها الضوء أو تعكسه. تحتوي الصبغة الحمراء في القميص ، على سبيل المثال ، على مكونات جزيئية تسمى الكروموفورات ، والتي تمتص الأطوال الموجية للضوء في جميع الألوان باستثناء اللون الأحمر - لذا فإن اللون الأحمر هو ما نراه. لكن بعض المواد الكيميائية المعنية ، مثل أصباغ الآزو ، تحتوي على مواد مرتبطة بالسرطان وآثار ضارة أخرى. العديد من الدول حظرت عليهم.

ومع ذلك ، فإن اللون الهيكلي يأتي من الهياكل المجهرية التي تعكس أشكالها المختلفة الضوء أو تنكسر بطرق مختلفة. المقاييس الصغيرة على أجنحة فراشة مورفو ، على سبيل المثال ، مغطاة بحواف صغيرة لها أضلاع متقاطعة - تشبه إلى حد ما شكل شجرة التنوب. تكسر هذه التكوينات أطوال موجات ضوئية معينة لإنتاج لون أزرق لامع. تخلق الهياكل الأخرى تأثيرات مماثلة: على سبيل المثال ، تجعل ألياف السليلوز الدقيقة المرتبة حلزونيًا التوت الرخامي يتلألأ بظلال زرقاء معدنية لامعة. لا يزال العلماء يدرسون التفاصيل الدقيقة للطرق التي يظهر بها اللون البنيوي في الطبيعة. لكنهم يعرفون بالفعل أن أحجام وأحجام الميزات في الهيكل والمواد نفسها هي التي تحدد بشكل أساسي كيفية ارتداد الضوء عن هذا الهيكل - وما ينتج عن اللون.

صورة
صورة

تقوم Cypris Materials بإنشاء تلوينات قائمة على الهيكل باستخدام ما يُعرف باسم البوليمرات المشتركة للكتل ذاتية التجميع. إنها سلاسل طويلة من الجزيئات التي تجمع في هذه الحالة نوعين مختلفين من المواد البلاستيكية الشائعة الاستخدام ، مثل البولي أكريلات أو البولي إستر. عند صياغتها في طلاء أو حبر وتطبيقها على السطح ، فإن هذه البوليمرات المشتركة ترتب نفسها في هياكل طبقات مرتبة بدقة تكسر الضوء. لفهم كيفية عمل ذلك ، تخيل ديدان صمغية نصف صفراء ونصف خضراء ، ويمثل كل لون بلاستيكًا مختلفًا. إذا تم ترتيب كيس كبير من هذه الديدان بحيث تلامس الأجزاء الصفراء والخضراء من كل علكة فقط النصفين الملونين من الصمغ الآخر ، فإنها تشكل بنية متعددة الطبقات. تقوم البوليمرات المشتركة لـ Cypris بعمل ذلك من تلقاء نفسها عند وضعها في محلول ، مع تحديد طول سلسلة البوليمر للطول الموجي للضوء المنعكس. تكسر سلاسل البوليمرات القصيرة أطوال موجات أقصر من الضوء: الأشعة فوق البنفسجية ، والأزرق ، والأخضر. تكسر السلاسل الأطول أطوال موجات أطول في الأجزاء البرتقالية والحمراء والأشعة تحت الحمراء القريبة من الطيف.

البوليمرات المشتركة ذاتية التجميع ليست جديدة ، لكن الشركة تقول إنها حققت تقدمين رئيسيين: موادها ذاتية التجميع في ظل الظروف البيئية اليومية ، كما هو الحال عند تطبيق الطلاء ، ويمكنها إنشاء سلاسل أطول تعكس أطوال موجات طويلة من الضوء يقول روبرت جروبس ، أستاذ الكيمياء الحائز على جائزة نوبل في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا وأحد مؤسسي الشركة: "القدرة على إخراجها إلى الألوان الأكثر احمرارًا - لم يتمكن أحد من فعل ذلك" باللون البنيوي الذي يعمل في دور استشاري. "لقد قطعوا مسافة أبعد بكثير مما كنت أعتقد أنه سيكون ممكنًا."

.

تأتي الملونات الجديدة في شكل مسحوق تقول Cypris Materials أنه يمكن دمجها في عمليات التصنيع - إضافة إلى الطلاء في مسدس رش السيارات ، على سبيل المثال ، أو خلطها في طلاء الأظافر. تعمل الملونات أيضًا مثل مواد رابطة ، وهي مواد كيميائية تُضاف للاحتفاظ بالأصباغ في المحلول بينما يجف الطلاء على السطح. يقول المؤسس المشارك للشركة والمدير التنفيذي بالإنابة ريان بيرسون: "نحن نبسط الرسم". تقليديا ، "يحتاج الناس إلى إضافة صبغة. يحتاجون أيضًا إلى إضافة إضافات إضافية فقط لتثبيت الطلاء. لا يقتصر الأمر على إزالة الحاجة إلى الأصباغ والأصباغ ، بل إننا نلغي الحاجة إلى كل الأشياء الموجودة حولها لتثبيتها ".

المواد الكيميائية الأخرى التي تضاف بشكل متكرر إلى الدهانات للمساعدة في استقرار الأصباغ تشمل المواد الخافضة للتوتر السطحي يبقى أن نرى ما إذا كانت الملونات الجديدة ستجعل تلك المواد الكيميائية غير ضرورية ، ولكن "إذا كانت قادرة على استبدال المواد الخافضة للتوتر السطحي أو صياغتها دون استخدام الألكيلفينول [المواد الكيميائية المستخدمة على نطاق واسع في الدهانات لمنع الفصل] ، فسيكون ذلك بالتأكيد تطورًا إيجابيًا من وجهة نظرنا ، "تقول تيريزا ماكغراث ، كبيرة مسؤولي الأبحاث في شبكة البناء الصحي ، وهي منظمة غير ربحية تروج لاستخدام مواد مستدامة وأقل سمية ولا ترتبط بمواد Cypris.

تتناقض الطريقة الجديدة مع التطبيقات الأخرى للون الهيكلي ، مثل تلك المستخدمة لإنشاء أغشية يمكن تطبيقها على النوافذ لتحسين العزل وتوفير الطاقة. تتضمن هذه التقنية إنشاء العديد من طبقات الفيلم والجمع بينها لتحقيق بنية تعكس ضوء الأشعة تحت الحمراء. لكن لا يمكن تطبيق هذه الأفلام إلا على أسطح معينة ، مما يجعل تقنية الألوان الهيكلية الجديدة أكثر تنوعًا.

لا تزال تلوينات الشركات الناشئة تواجه عقبات للتغلب عليها والقيود المحتملة. على سبيل المثال ، قد لا يكونوا قادرين على منافسة بعض الأصباغ ، مثل ثاني أكسيد التيتانيوم. لا تزال الشركة أيضًا بحاجة إلى إجراء تحليل كامل للبوليمرات المشتركة وعمليات التصنيع الخاصة بها للتأكد من أن الملونات هي بالفعل أكثر أمانًا وصديقة للبيئة من الأصباغ والأصباغ التقليدية. يقول وارنر: "لن تكون مثالية". لكن "عدو الممتاز هو المثالي. يعمل العلم بهذه الأنواع من الخطوات إلى الأمام ".

شعبية حسب الموضوع