Rivestimento ultrabianco e ultrasottile ottenuto da squame di scarabeo bianco

Due esemplari di Cyphochilus (credito: File:Cyphochilus beetles.jpg - Wikimedia Commons, Olimpia1lli, CC BY-SA 4.0, cropped)

Un gruppo di ricercatori ha sviluppato un rivestimento ultrasottile, non tossico, leggero e commestibile che potrebbe essere utilizzato per rendere più brillanti vernici e rivestimenti, per l’uso nell’industria cosmetica, alimentare o farmaceutica.
Il materiale, che è 20 volte più bianco della carta, è realizzato in cellulosa atossica e raggiunge un bianco così luminoso mimando la struttura delle scaglie ultrasottili di alcuni tipi di coleotteri. I risultati sono riportati nella rivista Advanced Materials.

I colori vivaci sono solitamente prodotti usando pigmenti che assorbono certe lunghezze d’onda della luce e riflettono gli altri, che i nostri occhi percepiscono come colore.
Per apparire come bianco, tuttavia, tutte le lunghezze d’onda della luce devono essere riflesse con la stessa efficienza. La maggior parte dei prodotti bianchi disponibili in commercio – come creme solari, cosmetici e vernici – incorporano particelle altamente rifrattive (solitamente biossido di titanio o ossido di zinco) per riflettere la luce in modo efficiente. Questi materiali, sebbene considerati sicuri, non sono pienamente sostenibili o biocompatibili.

In natura, lo scarabeo Cyphochilus, originario del Sud-Est asiatico, produce la sua colorazione ultra-bianca non attraverso i pigmenti, ma sfruttando la geometria di una fitta rete di chitina – una molecola che si trova anche nei gusci dei molluschi, gli esoscheletri di insetti e le pareti cellulari dei funghi. La chitina ha una struttura che disperde la luce in modo estremamente efficiente, ottenendo rivestimenti ultra-bianchi molto sottili e leggeri.

“Il bianco è un tipo molto particolare di colore strutturale”, riferisce la coautrice dello studio Olimpia Onelli, del Dipartimento di Chimica di Cambridge. “Altri tipi di colore strutturale, ad esempio ali di farfalla o opali, hanno un modello specifico nella loro struttura che si traduce in un colore vibrante, ma per produrre il bianco, la struttura deve essere il più casuale possibile.”

Il team di Cambridge, che collabora con ricercatori dell’Università di Aalto in Finlandia, ha imitato la struttura della chitina usando la cellulosa, che è non tossica ed è abbondante, forte e biocompatibile. Usando piccoli fili di cellulosa o nanofibrille di cellulosa, sono stati in grado di ottenere lo stesso effetto ultra-bianco in una membrana flessibile.

Utilizzando una combinazione di nanofibrille di diversi diametri, i ricercatori sono stati in grado di ottenere l’opacità, e quindi il candore, del materiale finale. Le membrane ricavate dalle fibre più sottili erano più trasparenti, mentre l’aggiunta di fibre medie e spesse risultava in una membrana più opaca. In questo modo, i ricercatori sono stati in grado di mettere a punto la geometria delle nanofibrille in modo che riflettessero la maggior parte della luce.

“Questi materiali a base di cellulosa hanno una struttura simile agli spaghetti, che è il modo in cui sono in grado di disperdere la luce così bene”, riferisce l’autrice dello studio Silvia Vignolini, anch’essa del Dipartimento di Chimica di Cambridge. “Abbiamo bisogno di ottenere il mix giusto: non vogliamo che sia troppo uniforme, e non vogliamo che crolli”.

Come le scaglie di scarafaggio, le membrane di cellulosa sono estremamente sottili: solo pochi milionesimi di metro di spessore, anche se i ricercatori dicono che anche le membrane più sottili potrebbero essere prodotte ottimizzando ulteriormente il loro processo di fabbricazione. Le membrane diffondono una luce da 20 a 30 volte più efficiente della carta e potrebbero essere utilizzate per produrre materiali bianchi luminosi sostenibili e biocompatibili di nuova generazione.

Il testo di questo articolo, in parte modificato, è stato tradotto dal testo pubblicato qui sotto licenza Creative Commons — Attribution 4.0 International — CC BY 4.0 ed è dunque disponibile secondo la stessa licenza.

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