Gli scienziati si sono ispirati alla biomimetica delle ali di farfalla e delle piume di pavone per sviluppare un materiale innovativo simile all'opale che potrebbe essere la pietra angolare dei sensori intelligenti di prossima generazione.

Un team internazionale di scienziati, guidato dalle Università del Surrey e del Sussex, ha sviluppato il cambiamento di colore, cristalli fotonici flessibili che potrebbero essere utilizzati per sviluppare sensori che avvertono quando potrebbe verificarsi un terremoto.

L'indossabile, sensori robusti ed economici possono rispondere in modo sensibile alla luce, temperatura, ceppo o altri stimoli fisici e chimici che li rende un'opzione estremamente promettente per applicazioni di rilevamento visivo intelligenti convenienti in una vasta gamma di settori, tra cui l'assistenza sanitaria e la sicurezza alimentare.

In uno studio pubblicato dalla rivista Materiali funzionali avanzati , i ricercatori delineano un metodo per produrre cristalli fotonici contenenti una minuscola quantità di grafene risultante in un'ampia gamma di qualità desiderabili con risultati direttamente osservabili ad occhio nudo.

Intensamente verde sotto la luce naturale, i sensori estremamente versatili cambiano colore in blu quando vengono allungati o diventano trasparenti dopo essere stati riscaldati.

Dott.ssa Izabela Jurewicz, Docente di Fisica della Materia soffice presso la Facoltà di Ingegneria e Scienze Fisiche dell'Università del Surrey, ha dichiarato:"Questo lavoro fornisce la prima dimostrazione sperimentale di macchine meccanicamente robuste ma morbide, indipendente e flessibile, opali a base di polimeri contenenti grafene incontaminato esfoliato in soluzione. Mentre questi cristalli sono belli da vedere, siamo anche molto entusiasti dell'enorme impatto che potrebbero avere sulla vita delle persone".

Alan Dalton, Professore di Fisica Sperimentale presso la School of Mathematical and Physical Sciences dell'Università del Sussex, ha dichiarato:""La nostra ricerca qui ha preso ispirazione dalle incredibili capacità di biomimetismo nelle ali delle farfalle, piume di pavone e gusci di coleottero dove il colore deriva dalla struttura e non dai pigmenti. Mentre la natura ha sviluppato questi materiali nel corso di milioni di anni, stiamo lentamente recuperando terreno in un periodo molto più breve".

Tra le loro numerose potenziali applicazioni ci sono:

• Indicatori tempo-temperatura (TTI) per imballaggi intelligenti:i sensori sono in grado di fornire un'indicazione visiva se deperibili, come cibo o prodotti farmaceutici, hanno sperimentato storie tempo-temperatura indesiderabili. I cristalli sono estremamente sensibili anche a un piccolo aumento di temperatura tra 20 e 100 gradi C.
• Analisi delle impronte digitali:le loro caratteristiche di memoria di forma reattive alla pressione sono interessanti per le applicazioni biometriche e anticontraffazione. Premendo i cristalli con un dito nudo è possibile rivelare impronte digitali con alta precisione che mostrano creste ben definite dalla pelle.
• Biorilevamento:i cristalli fotonici possono essere utilizzati come impalcature tissutali per comprendere la biologia e le malattie umane. Se funzionalizzato con biomolecole potrebbe fungere da dispositivi di test point-of-care altamente sensibili per virus respiratori che offrono poco costoso, affidabile, sistemi di biorilevamento di facile utilizzo.
• Monitoraggio biologico/della salute:la risposta meccanocromica dei sensori consente la loro applicazione come sensori del corpo che potrebbero aiutare a migliorare la tecnica nei giocatori di sport.
• Sicurezza sanitaria:gli scienziati suggeriscono che i sensori potrebbero essere utilizzati in un cinturino da polso che cambia colore per indicare ai pazienti se il loro medico si è lavato le mani prima di entrare in una sala d'esame.

La ricerca si avvale dell'esperienza del Materials Physics Group (Università del Sussex) nella lavorazione liquida di nanomateriali bidimensionali, L'esperienza di Soft Matter Group (Università del Surrey) nei colloidi polimerici e la combina con l'esperienza dell'Advanced Technology Institute nella modellazione ottica di materiali complessi. Entrambe le università stanno collaborando con la società Advanced Materials Development (AMD) Ltd con sede nel Sussex per commercializzare la tecnologia.

Joseph Keddie, Professore di fisica della materia soffice all'Università del Surrey, ha dichiarato:"Le particelle polimeriche vengono utilizzate per fabbricare oggetti di uso quotidiano come inchiostri e vernici. In questa ricerca, siamo stati in grado di distribuire finemente il grafene a distanze paragonabili alle lunghezze d'onda della luce visibile e abbiamo mostrato come l'aggiunta di piccole quantità del meraviglioso materiale bidimensionale porti a nuove capacità emergenti".

John Lee, CEO di Advanced Materials Development (AMD) Ltd, disse:"Data la versatilità di questi cristalli, questo metodo rappresenta un semplice, approccio economico e scalabile per produrre opali sintetici multifunzionali infusi con grafene e apre interessanti applicazioni per una nuova fotonica basata su nanomateriali. Siamo molto entusiasti di poterlo portare sul mercato nel prossimo futuro".