01.09.2020 - Université du Luxembourg

Los colores estructurales de los polímeros basados en la celulosa

Auto-ensamblado de materiales biofotónicos de respuesta en mármoles líquidos

Una superficie muestra colores estructurales cuando la luz es reflejada por elementos estructurales diminutos y regulares en un material transparente. Los investigadores han desarrollado ahora un método para hacer colores estructurales a partir de polímeros basados en celulosa, usando gotas revestidas que existen en un fluido circundante, los llamados mármoles líquidos. El sistema responde fácilmente a los cambios ambientales, lo que lo hace interesante para aplicaciones en sensores basados en biotecnología y elementos fotónicos suaves, según el estudio publicado en la revista Angewandte Chemie.

Los colores estructurales son una forma de colorear un material sin usar un tinte. En cambio, el material transparente genera color a través de la disposición regular de sus moléculas u otros elementos, como se ve, por ejemplo, en las ondas de las escamas de peces y mariposas de colores, o en los nanocristales dispuestos a ciertas distancias, como en la piel que cambia de color de los camaleones.

Manos Anyfantakis y sus colegas de la Universidad de Luxemburgo han identificado un medio para controlar el paso, la distancia de un giro helicoidal completo en un polímero, como un elemento estructural en el que puede producirse la reflexión y aparecer colores estructurales. Los científicos pueden preparar fases cristalinas líquidas de biopolímeros con brea que generan colores estructurales -llamadas fases colestéricas-, pero estas preparaciones dependen de muchos parámetros y necesitan mucho tiempo para alcanzar el equilibrio.

Ahora, Anyfantakis y sus colegas han descubierto un método más rápido y mejor controlable, utilizando los mármoles líquidos como plataforma para el auto-ensamblaje controlado de los colores estructurales basados en biopolímeros. Los mármoles líquidos son gotas de tamaño milimétrico de soluciones cristalinas líquidas, que están recubiertas de nanopartículas. El recubrimiento protege al líquido de mezclarse con el fluido exterior, pero aún así permite cierta interacción, dependiendo de la naturaleza de ambos líquidos.

En este caso, los científicos prepararon mármoles líquidos a partir de una solución acuosa de hidroxipropil celulosa -un polímero de celulosa modificado que se orienta en fases colestéricas- recubierta por nanopartículas de sílice. Estos mármoles líquidos a base de celulosa eran incoloros al principio, pero al permitirles permanecer durante algún tiempo en un volumen definido de un disolvente orgánico, se obtuvieron lentamente colores brillantes de rojo, verde y azul.

Los colores fueron el resultado de un cambio de concentración en las gotas, descubrieron los autores. El disolvente orgánico extrajo lentamente agua de los mármoles líquidos, lo que provocó que el biopolímero adoptara una forma cristalina adecuada para los colores estructurales. La lentitud y la controlabilidad fueron fundamentales, señalaron los autores, porque "esto da suficiente tiempo para que las moléculas del polímero se ajusten al cambio de concentración, organizándose con un nuevo tono de equilibrio", explicaron.

El método es elegante y simple, y los colores sólo dependen del volumen del disolvente orgánico. Los científicos también introdujeron estímulos externos como el calor, la presión o la exposición a los productos químicos y observaron cambios de color característicos, correspondientes a un tamaño de tono variable. Estos cambios eran reversibles: al volver a aplicar las condiciones normales, los mármoles líquidos volvían a sus colores originales, observaron los autores.

Los autores creen que los mármoles líquidos basados en biopolímeros podrían ofrecer una ruta para sintetizar sensores rentables, respetuosos con el medio ambiente y sostenibles.

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