Parlak beyaz karidesin gizemi çözüldü – Fizik Dünyası

İsrail'deki araştırmacılar, okyanusa giden bir çöpçüye parlak beyaz rengini veren benzersiz optik nanoyapıyı ortaya çıkardılar. İsrail, Negev'deki Ben-Gurion Üniversitesi'nden Benjamin Palmer liderliğindeki bir ekip, bir dizi görüntüleme tekniği kullanarak, Pasifik temizleyici karidesindeki küresel parçacıkların, ürettikleri saçılma modellerinde herhangi bir örtüşmeden kaçınırken, gelen ışığı her yöne dağıttığını gösterdi. Keşif, biyo-esinli yeni beyaz pigmentlere yol açabilir.

Birçok organizma, ışığı benzersiz ve büyüleyici şekillerde manipüle etme yeteneğini geliştirmiştir. Bu mekanizmaları taklit etmek, araştırmacıları lensler ve aynalar da dahil olmak üzere çeşitli optik cihazlar için yeni tasarımlara yönlendirdi. Kelebek kanatları ve kuş tüyleri gibi yapılar da aynı şekilde nanoyapıları tarafından saçılan ışık aracılığıyla canlı renkler üreten yeni kaplamalara ilham kaynağı oldu.

Ancak şimdiye kadar, bu yapısal yollarla, yani kimyasal pigmentlere dayanmadan tek bir rengin üretilmesinin özellikle zor olduğu kanıtlanmıştır. Weizmann Bilim Enstitüsü'nden ekip üyesi Dan Oron, "En ilgi çekici sorunlardan biri, beyaz boyalara ve gıda boyalarına beyazımsı tonlar veren inorganik malzemelere alternatif arayışlarıdır" diye açıklıyor. "Bunun nedeni, bu ürünlerde en yaygın olarak kullanılan inorganik malzemenin - nanokristal titanya - zararlı olduğundan şüpheleniliyor."

Optik kalabalığın üstesinden gelme

Sorunun özü, beyaz tonlar oluşturmak için, tüm optik dalga boylarındaki fotonların yön bilgilerini tamamen kaybetmeleri için birden çok kez saçılması gerektiğidir. Bunun gerçekleşmesi için saçılmadan sorumlu nanoyapıların çok sıkı bir şekilde paketlenmesi gerekir. Bununla birlikte, bu tür sıkı paketleme, saçılma modellerinin üst üste geldiği “optik kalabalıklaşma” problemini yaratır ve saçılma yapısının genel yansımasını azaltır.

Bu zorluklara rağmen bir hayvan, optik kalabalığın karmaşıklığının aşılmaz olmadığını kanıtladı. Tropik bölgelerde mercan resiflerinde yaşayan Pasifik temizleyici karides, gelen ışığın %80'e kadarını yansıtan antenlerinin, kütiküllerinin, kuyruğunun ve çenesinin çarpıcı beyaz rengiyle kolayca tanınır.

Gelişmiş görüntüleme ve simülasyon

Palmer ve meslektaşları yaptıkları çalışmada, temiz karidesin parlak beyaz tonlarından sorumlu olduğu bilinen kromatofor hücrelerindeki nanoyapılara odaklandılar. Kriyo-elektron mikroskobu ve optik görüntülemenin bir kombinasyonunu kullanarak, hücreler içindeki saçılma katmanını oluşturan küresel şekilli parçacıkların yapısını, organizasyonunu ve optik özelliklerini karakterize ettiler. Saçılma ortamının bir bütün olarak optik tepkisini anlamak için elektromanyetik alan yayılımının sayısal simülasyonlarını da kullandılar.

Ekibin analizi, bu parçacıkların, yapı taşlarını oluşturan yassı moleküllerin benzersiz yapısı ve düzeni sayesinde ışığı birçok yöne saçtığını ortaya çıkardı. Oron, "Parçacıklar, bu düzlemsel moleküllerin sıvı kristal düzenlemeleridir" diye açıklıyor. "Bütün bu moleküller, düz tarafları kürenin yarıçapına dik olacak şekilde düzenlenmiştir."

Toplamda, bu yapı, karidesin antenlerinin ve şeritlerinin beyaz görünmesi için gereken malzeme miktarını önemli ölçüde azaltır. Bu, temizlikçi karidesin kromatofor hücrelerinin optik kalabalığın etkilerini ortadan kaldırmasını sağlarken, aynı zamanda parçacıklardan saçılan gelen fotonların kutuplaşmasını bozarak onların yön bilgilerini yok etmesini sağlar. Oron, "Bir anlamda, bu optik anizotropi, küreler topluluğunun ışığı gerçekte sahip olduklarından daha yüksek kırılma indeksine sahip bir malzemeden yapılmış gibi dağıtmasına neden oluyor" diye açıklıyor.

Daha güvenli beyaz boyalar ve gıda boyaları

Sonuçlar, temizleyici karides gibi organizmaların evrimsel çözümlerinin optimize edilmiş teknolojilere nasıl ilham verebileceğinin iyi bir örneğidir. Palmer'ın ekibi, karidesin optik anizotropi mekanizmasını taklit ederek, gelecekteki çalışmalarda araştırmacıların boya ve gıda boyası gibi ürünlerde kullanım için güvenli olan gelişmiş, ultra beyaz organik nanoyapılar tasarlayabileceklerini umuyor.

Bilim adamları kelebeğin göz kamaştırıcı yapısal renklerinden sorumlu geni belirlediler

Oron, "Daha genel olarak, bulgular, doğru organik moleküllerin benzer kristal düzenlemelerinin büyümesinde ustalaşabilmemiz koşuluyla, güçlü optik anizotropinin yapay optik cihazların yapımında bir tasarım parametresi olarak alabileceği role işaret ediyor."

Araştırma şu şekilde açıklanmaktadır: Doğa Fotonik.

• SEO Destekli İçerik ve Halkla İlişkiler Dağıtımı. Bugün Gücünüzü Artırın.
• PlatoAiStream. Web3 Veri Zekası. Bilgi Genişletildi. Buradan Erişin.
• Adryenn Ashley ile Geleceği Basmak. Buradan Erişin.
• PREIPO® ile PRE-IPO Şirketlerinde Hisse Al ve Sat. Buradan Erişin.
• Kaynak: https://physicsworld.com/a/mystery-of-bright-white-shrimp-solved/