Biomimetische zweifarbige Kuppeln, die für die Verschlüsselung programmierbar sind

Viele Organismen in der Natur haben Flecken mit zwei Strukturfarben auf ihren Körpern entwickelt, wie der Schmetterling Papilio Palinurus. Die grüne Farbe auf seinen Flügeln leitet sich von den türkis-gelben zweifarbigen Flecken ab.

Die Nachahmung solcher zweifarbiger Flecken – die bei diesen Arten mit Tarnung, Botschaftsübermittlung und Thermoregulation zusammenhängen – hat in vielen Industriebereichen zu Designs von Funktionsmaterialien geführt. Die Konstruktion der zweifarbigen Spots leidet jedoch unter komplizierten Prozessen, teurer Ausrüstung sowie mehreren vorgefertigten Bausteinen.

Kürzlich gelang einer Gruppe von Forschern ein entscheidender Durchbruch bei der Herstellung zweifarbiger Kuppeln. Das Team wurde von Professor Anderson Shum vom Department of Mechanical Engineering an der University of Hong Kong (HKU) und ihren Mitarbeitern, Professor Yanlin Song und Associate Professor Huizeng Li, vom Labor für Green Printing im Institute of Chemistry, Chinese, geleitet Akademie der Wissenschaften. Sie haben eine innovative Strategie zur Selbstorganisation verschiedener Nanostrukturen in einem Eintopfverfahren unter Verwendung einer Art von Baustein vorgeschlagen. Die Arbeit ist erschienen in Nano-Buchstaben.

Das Team von Professor Shum fand heraus, dass die Verdampfung eines Tröpfchens eines wässrigen Zweiphasensystems (ATPS) die Flüssig-Flüssig-Phasentrennung auslösen könnte, um zwei getrennte membranlose Kompartimentierungen zu bilden, was mit einer ungleichmäßigen Verteilung von gelösten Stoffen in verschiedenen Phasen einhergeht.

Das Team nutzte die Aufteilung gelöster Stoffe in phasengetrennten ATPS-Tröpfchen und den mit dem Trocknungsprozess verbundenen inneren Fluss der Tröpfchen und stellte fest, dass Nanopartikel mit einer Größe ungleichmäßig in zwei Phasen verteilt sind und sich mit zwei selbst zu photonischen Kristallen zusammensetzen verschiedene Farben. Die resultierende Farbe ist in hohem Maße programmierbar, indem die Konzentration der Kolloide reguliert wird. Ermöglicht durch die programmierbaren binären Farbinformationen, wurde von den Forschern eine Verschlüsselung mit einem großen Inhaltsvolumen entwickelt, was auf die potenzielle Anwendung der zweifarbigen Kuppeln bei der Nachrichtenverschlüsselung, -speicherung und -übermittlung hinweist.

Die Bedeutung dieser Arbeit ist nicht auf den Bau von zweifarbigen Kuppeln beschränkt. Die Arbeit bietet einen neuartigen Ansatz zum Aufbau inhomogener Nanostrukturen. Es ist auch wichtig für das Verständnis der physikalischen Prinzipien, die dem Prozess der ungleichmäßigen Selbstorganisation zugrunde liegen, was die Inspiration für die spontane Konstruktion anspruchsvoller inhomogener Nanostrukturen anregen würde.