科学者は3Dプリントを使用して、可視スペクトルのすべての色の蝶を生産します

出典: Gaowei Bochong

ETHチューリッヒの研究者たちは、蝶にヒントを得た特定のナノ構造を3Dプリントすることで人工色素を作成した。この原理は将来カラースクリーンを作るのに利用される可能性があります。

生化学工学教授アンドリュー・デメロ氏のグループの科学者たちは、新しい技術を開発するために蝶からヒントを得た。熱帯アフリカ原産の Cynandra opis 種の羽は鮮やかな色彩で飾られています。これらは、可視波長範囲における極めて複雑な規則的な表面構造によって生成されます。これらの構造は光を偏向させることで、光の個々の色成分を増幅したり打ち消したりすることができます。デメロ氏が率いる研究者たちは、ナノ3Dプリント技術を使用して、Cynandra opisの表面構造やその他の改変された構造を再現することに成功しました。このようにして、構造色を生み出す構造を作り出すための使いやすい原理が生まれました。

△熱帯の蝶の一種 Cynandra opis のオスが、3D プリントされた構造色のモデルとして使用されています。
自然界には、他の蝶の種に見られるような不規則な表面構造など、この構造色の例は数多くあります。「しかし、キナンドラ・オピスの羽にある規則的なナノ構造は、3Dプリントによる再構築に特に適しています」と、デメロ研究グループの元博士課程の学生で、今回の研究の主執筆者であるシャオバオ・カオ氏は説明する。 Cynandra opis の構造は、互いに垂直に積み重ねられた 2 つのグリッド層で構成され、格子間隔は約 1/2 ～ 1 ミクロンです。

この格子間隔と格子棒の高さを 250 ナノメートルから 1.2 マイクロメートルの範囲で変化させることにより、ETH の研究者は可視スペクトルのすべての色を生成できる 3D プリント構造を生成することができました。これらの色の多くは、その構造の基となっている自然モデル（蝶）には現れません。

研究者たちは、透明ポリマーを含むさまざまな材料を使用して、そのような表面を作り出すことに成功した。「これにより、構造物を後ろから照らして色を浮かび上がらせることが可能になる」と、デメロ氏のグループの上級科学者で、この研究の共著者でもあるスタブロス・スタブラキス氏は説明する。「可視スペクトルのすべての色を半透明の材料の構造色として生成できたのは今回が初めてです。」

研究の一環として、科学者たちは2×2マイクロメートルの大きさの多色構造色ピクセルの顕微鏡画像を作成した。これらの小さな画像は将来、紙幣やその他の文書のセキュリティ機能として使用される可能性があります。透明な材料で色を作り出すことができるため、光学技術に用いられるカラーフィルターの製造も可能です。これは、マイクロ流体システム（化学および生物学実験用の小型システム）を開発しているETHのデメロ教授のグループの主な研究活動によく適合しています。

研究者らは、ナノ構造の大量生産も考えられると述べている。ネガティブ構造を 3D プリントしてテンプレートとして使用し、大量のレプリカを生産することができます。これは、この原理が、薄くて曲げられるスクリーンなどの高解像度のカラーディスプレイの製造に応用できる可能性があることを意味します。科学者たちは、最終的には構造色が今日の印刷や絵画に使用されている顔料に取って代わる可能性があると指摘している。構造色には、従来の顔料に比べていくつかの利点があります。光にさらされても色あせないため長持ちし、ほとんどの場合、環境への影響も少なくなります。

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