Inspirado por la forma en que las plumas iridiscentes de aves juegan con la luz, un equipo de científicos ha creado películas delgadas de un material en una amplia gama de colores puros – que incluye desde rojo a verde – con matices que son determinados por la estructura física en lugar de serlo por los pigmentos. Han conseguido una amplia gama de colores puros creados por la ordenación a nano escala de melanina sintética.

El color estructural surge de la interacción de la luz con materiales que tienen patrones en una escala de minutos, que doblan y reflejan la luz para amplificar algunas longitudes de onda y amortiguar otras. Los melanosomas, pequeños paquetes de melanina que se encuentran en las plumas, piel y cuero de muchos animales, pueden producir color estructural cuando se empaquetan en capas sólidas, tal como lo están en las plumas de algunas aves.

«Hemos sintetizado y juntado nanopartículas de una versión sintética de la melanina para imitar las estructuras naturales que se encuentran en las plumas de aves «, dijo Nathan Gianneschi, profesor de química y bioquímica en la Universidad de California, San Diego. «Queremos entender cómo utiliza la naturaleza un material como este, para a continuación desarrollar la función que va más allá de lo que es posible en la naturaleza.»

El trabajo de Gianneschi se centra en nano partículas que pueden detectar y responder al medio ambiente. Propuso el proyecto después de escuchar a Matthew Shawkey, profesor de biología de la Universidad de Akron, describir su trabajo sobre el color estructural en plumas de aves en una conferencia. Gianneschi, Shawkey y sus colegas de ambas universidades informan de los resultados de su colaboración en la revista ACS Nano, publicada en Internet el 12 de mayo.

Para imitar los melanosomas naturales, Yiwen Li, un becario postdoctoral en el laboratorio de Gianneschi, unió químicamente una molécula similar, la dopamina, en mallas. La molécula vinculada o polidopamina, se hizo una bola en partículas esféricas de tamaño casi uniforme. Ming Xiao, un estudiante graduado que trabaja con Shawkey y el profesor de Ciencias de los polímeros Ali Dhinojwala en la Universidad de Akron, secó diferentes concentraciones de las partículas para formar películas delgadas de partículas de polidopamina estrechamente empaquetadas.

Las películas reflejan colores puros de la luz; rojo, naranja, amarillo y verde, con tonalidad determinada por el espesor de la capa de polidopamina y cuan fuertemente estan empaquetadas las partículas, lo que se refiere a su tamaño, según determinó el análisis por el grupo de Shawkey.

Los colores son excepcionalmente uniformes a través de las películas, de acuerdo con mediciones precisas de Dimitri Deheyn, científico investigador en el Instituto Scripps de Oceanografía de la Universidad de California San Diego, que estudia cómo una amplia variedad de organismos utilizan la luz y el color para comunicar. «Esta asignación espacial de espectros también informa acerca de los cambios de color asociados a cambios en el tamaño o la profundidad de las partículas», dijo Deheyn.

Las cualidades de los materiales contribuyen a su aplicación potencial. El matiz puro es un rasgo valioso en sensores colorimétricos. Y a diferencia de las pinturas o tintes a base de pigmentos, el color estructural no se desvanecerá. La polidopamina, como la melanina, absorbe la luz UV, por lo que los recubrimientos a base de polidopamina podrían proteger los materiales también. La dopamina es también una molécula biológica utilizada para transmitir información en nuestro cerebro, por ejemplo, y por lo tanto biodegradable.

«Lo que me ha mantenido fascinado durante 15 años es la idea de que uno puede generar los colores del arco iris a través de leves (escala nanométrica) cambios en la estructura», dijo Shawkey cuyos intereses van desde los mecanismos físicos que producen los colores hasta cómo las estructuras crecen en organismos vivos. «Esta idea de la biomimética puede ayudar a resolver problemas prácticos, sino también nos permite poner a prueba las hipótesis mecanicistas y de desarrollo que hemos propuesto», dijo.

Los melanosomas naturales que se encuentran en las plumas de aves varían en tamaño y particularmente en su forma, formando barras y esferas que pueden ser macizas o huecas. El siguiente paso es variar las formas de las nano partículas de polidopamina para imitar esa variedad para probar experimentalmente cómo el tamaño y la forma influencian las interacciones de las partículas con la luz, y por lo tanto con el color del material. En última instancia, el equipo espera generar una paleta de colores estructurales biocompatibles.