Mistério do camarão branco brilhante resolvido – Physics World

Pesquisadores em Israel descobriram a nanoestrutura óptica única que dá a um necrófago oceânico sua brilhante coloração branca. Usando uma variedade de técnicas de imagem, uma equipe liderada por Benjamin Palmer na Universidade Ben-Gurion do Negev, em Israel, mostrou que partículas esféricas no camarão limpador do Pacífico espalham a luz recebida em todas as direções, evitando qualquer sobreposição nos padrões de dispersão que produzem. A descoberta pode levar a novos pigmentos brancos bioinspirados.

Muitos organismos desenvolveram a capacidade de manipular a luz de maneiras únicas e fascinantes. A imitação desses mecanismos levou os pesquisadores a novos designs para vários dispositivos ópticos, incluindo lentes e espelhos. Estruturas como asas de borboleta e penas de pássaros também inspiraram novos revestimentos que produzem cores vivas por meio da luz espalhada por suas nanoestruturas.

Até agora, no entanto, uma cor provou ser particularmente difícil de produzir por meio desses meios estruturais – ou seja, sem depender de pigmentos químicos. “Um dos problemas mais intrigantes é a busca de alternativas aos materiais inorgânicos que dão às tintas brancas e aos corantes alimentícios seus tons esbranquiçados”, explica o membro da equipe Dan Oron, do Weizmann Institute of Science. “Isso ocorre porque o material inorgânico mais comumente usado nesses produtos – titânia nanocristalina – é suspeito de ser prejudicial”.

Superando a aglomeração óptica

O cerne do problema é que, para gerar tons de branco, os fótons de todos os comprimentos de onda ópticos precisam ser espalhados várias vezes, de modo que percam completamente suas informações direcionais. Para que isso aconteça, as nanoestruturas responsáveis ​​pelo espalhamento precisam estar bem compactadas. Essa compactação, no entanto, cria o problema de “aglomeração óptica”, onde os padrões de dispersão se sobrepõem – reduzindo a refletância geral da estrutura de dispersão.

Apesar desses desafios, um animal provou que as complexidades da aglomeração óptica não são intransponíveis. Habitando recifes de corais nos trópicos, o camarão limpador do Pacífico é facilmente reconhecido pela impressionante coloração branca de suas antenas, cutícula, cauda e mandíbula, que refletem até 80% da luz recebida.

Imagem avançada e simulação

Em seu estudo, Palmer e seus colegas se concentraram em nanoestruturas nas células cromatóforas do camarão limpador, conhecidas por serem responsáveis ​​por sua tonalidade branca brilhante. Usando uma combinação de microscopia crioeletrônica e imagens ópticas, eles caracterizaram a estrutura, organização e propriedades ópticas das partículas de formato esférico que formam a camada de dispersão dentro das células. Eles também usaram simulações numéricas de propagação do campo eletromagnético para entender a resposta óptica do meio de dispersão como um todo.

A análise da equipe revelou que essas partículas espalham a luz em várias direções, graças à estrutura única e ao arranjo das moléculas planas que constituem seus blocos de construção. “As partículas são arranjos cristalinos líquidos dessas moléculas planares”, explica Oron. “Todas essas moléculas estão dispostas de modo que seu lado plano seja perpendicular ao raio da esfera.”

Ao todo, essa estrutura reduz significativamente a quantidade de material necessária para fazer as antenas e bandas do camarão parecerem brancas. Isso permite que as células cromatóforas do camarão limpador eliminem os efeitos da aglomeração óptica, ao mesmo tempo em que embaralham a polarização dos fótons incidentes à medida que se espalham das partículas – destruindo suas informações direcionais. “De certa forma, essa anisotropia óptica faz com que o conjunto de esferas espalhe a luz como se fosse feito de um material com índice de refração maior do que realmente tem”, explica Oron.

Tintas brancas e corantes alimentares mais seguros

Os resultados são um bom exemplo de como soluções evolutivas de organismos como o camarão limpador podem inspirar tecnologias otimizadas. Ao imitar o mecanismo do camarão para anisotropia óptica, a equipe de Palmer espera que os pesquisadores em estudos futuros possam projetar nanoestruturas orgânicas ultrabrancas avançadas que sejam seguras para uso em produtos como tintas e corantes alimentícios.

Cientistas identificam gene responsável pelas cores estruturais deslumbrantes da borboleta

“De forma mais geral, as descobertas apontam para o papel que a forte anisotropia óptica pode assumir como parâmetro de design na construção de dispositivos ópticos artificiais, desde que possamos dominar o crescimento de arranjos cristalinos semelhantes das moléculas orgânicas certas”, conclui Oron.

A pesquisa é descrita em Nature Photonics.

• Conteúdo com tecnologia de SEO e distribuição de relações públicas. Seja amplificado hoje.
• PlatoAiStream. Inteligência de Dados Web3. Conhecimento Amplificado. Acesse aqui.
• Cunhando o Futuro com Adryenn Ashley. Acesse aqui.
• Compre e venda ações em empresas PRE-IPO com PREIPO®. Acesse aqui.
• Fonte: https://physicsworld.com/a/mystery-of-bright-white-shrimp-solved/