Una superficie mostra i colori strutturali quando la luce viene riflessa da piccoli, elementi strutturali regolari in materiale trasparente. I ricercatori hanno ora sviluppato un metodo per creare colori strutturali da polimeri a base di cellulosa utilizzando goccioline rivestite che esistono in un fluido circostante, le cosiddette biglie liquide. Il sistema risponde prontamente ai cambiamenti ambientali, che lo rende interessante per applicazioni in sensori a base biologica ed elementi fotonici morbidi, secondo lo studio pubblicato sulla rivista Angewandte Chemie .

I colori strutturali sono un modo per colorare un materiale senza utilizzare una tintura. Anziché, il materiale trasparente genera colore attraverso la disposizione regolare delle sue molecole o altri elementi, come visto, ad esempio, nelle increspature nelle scaglie di pesci colorati e farfalle, o in nanocristalli disposti a determinate distanze, come nella pelle cangiante dei camaleonti.

Manos Anyfantakis e colleghi dell'Università del Lussemburgo hanno identificato un mezzo per controllare il campo, la distanza di un giro elicoidale completo in un polimero, come un elemento strutturale su cui potrebbe verificarsi la riflessione e apparire i colori strutturali. Gli scienziati possono preparare fasi liquido cristalline di biopolimeri con pece che generano colori strutturali, chiamate fasi colesteriche, ma queste preparazioni dipendono da molti parametri e richiedono molto tempo per raggiungere l'equilibrio.

Ora, Anyfantakis e colleghi hanno scoperto un metodo più veloce e meglio controllabile, utilizzando marmi liquidi come piattaforma per l'autoassemblaggio controllato di colori strutturali a base di biopolimeri. Le biglie liquide sono goccioline millimetriche di soluzioni cristalline liquide, che sono ricoperti di nanoparticelle. Il rivestimento protegge il liquido dalla miscelazione con il fluido esterno, ma consente comunque una certa interazione, dipende dalla natura di entrambi i liquidi.

In questo caso, gli scienziati hanno preparato biglie liquide da una soluzione acquosa di idrossipropilcellulosa, un polimero di cellulosa modificato che si orienta in fasi colesteriche, rivestito da nanoparticelle di silice. Questi marmi liquidi a base di cellulosa erano inizialmente incolori, ma lasciandoli stare per un po' di tempo in un volume definito di un solvente organico portava lentamente colori brillanti di rosso, verde, e blu.

I colori erano il risultato di un cambiamento di concentrazione nelle goccioline, gli autori hanno scoperto. Il solvente organico estraeva lentamente l'acqua dai marmi liquidi, che ha portato il biopolimero ad adottare una forma cristallina adatta ai colori strutturali. Lentezza e controllabilità erano fondamentali, hanno sottolineato gli autori, perché "questo dà abbastanza tempo alle molecole polimeriche per adattarsi al cambiamento di concentrazione, organizzando con un nuovo passo di equilibrio, " hanno spiegato.

Il metodo è elegante e semplice, e i colori dipendono solo dal volume del solvente organico. Gli scienziati hanno anche introdotto stimoli esterni come il calore, pressione, o esposizione alle sostanze chimiche e osservati caratteristici cambiamenti di colore, corrispondente a una dimensione del passo variabile. Questi cambiamenti erano reversibili:quando si riapplicavano le condizioni normali, i marmi liquidi tornarono ai loro colori originari, hanno osservato gli autori.

Gli autori ritengono che i marmi liquidi a base di biopolimero potrebbero offrire un percorso per sintetizzare economicamente, ecologico, e sensori sostenibili.