27 июля 2021 - Новости ДВФУ
Ученые поляризовали свет с помощью покрытия, повторяющего структуру глаз насекомых

Ученые Дальневосточного федерального университета (ДВФУ) в составе международной группы исследователей из России, Швейцарии и США воспроизвели упорядоченные наноструктуры в виде параллельных гребней, покрывающие глаза и светоизлучающие структуры членистоногих. С их помощью животные контролируют поляризацию света, благодаря чему общаются, ориентируются в пространстве, подавляют блики или маскируются. В индустрии природоподобная технология позволит создавать покрытия с контролируемой структурой и свойствами поляризации без применения жестких методов обработки, таких как лазер. Статья об этом опубликована в журнале Applied Materials and Interfaces.

В природе многие живые существа ориентируются по поляризации света, которую человеческий глаз не улавливает. Яркий пример — пчелы, которые таким образом определяют местоположение относительно Солнца даже в пасмурную погоду (за это открытие Карл фон Фриш получил Нобелевскую премию по физиологии). Улавливать поляризованный свет и управлять им насекомые могут благодаря специальным фоторецепторам, состоящим из рабдомеров с высокоупорядоченными параллельными микроворсинками. Исследователи высказали предположение, что дополнительное управление поляризованным светом может обеспечиваться параллельными наноструктурами в форме наногребней, действующими как поляризационный фильтр. Форма и размеры параллельных наногребней обеспечивают различную поляризацию света, КПД и чувствительность к длине волны.

Ученые применили подходы прямой инженерии и воссоздали природоподобные наноструктуры при комнатной температуре на подложке из воска. Полученные бионические нанопокрытия повторяли наблюдаемые у членистоногих эффекты поляризации света.

«В своей работе мы опирались на результаты нашего предыдущего исследования, в котором объяснили механизм формирования защитного антибликового слоя на роговице глаз мушек дрозофил. Тогда нам удалось выяснить, что он формируется по модели Тьюринга из белка ретинина и покрывающих роговицу глаза восков. Опираясь на эти данные, мы осуществили передовую разработку — искусственно воспроизвели защитный слой и покрыли им разнообразные поверхности. В случае со структурами-поляризационными фильтрами, покрывающими глаза пауков, черных мух и фонарь светлячков, мы проделали нечто похожее, также использовали ретинин, чтобы их искусственно воспроизвести. Пока что это удалось сделать только на восковой подложке», —  рассказывает идеолог проекта, заведующий лабораторией фармакологии природных соединений Школы биомедицины ДВФУ, профессор Университета Женевы Владимир Катанаев.

По словам ученого, для практического применения природоподобной технологии поляризации света необходимо научиться покрывать такими структурами большие поверхности, как это было сделано на предыдущем этапе, когда биоинженеры «собрали» нанопокрытия по модели защитного слоя глаза дрозофил.

В своей новой работе ученые подчеркивают фундаментальную важность нанопокрытия у членистоногих для управления поляризацией света. Исследователи разрабатывают новый подход для производства многофункциональных упорядоченных наноструктур в «мягких» условиях. Центральная идея метода — принцип природоподобия.

Материаловедение является одним из приоритетных научных направлений в Дальневосточном федеральном университете. Ученые из Института наукоемких технологий и передовых материалов и Института наук о жизни и биомедицины решают принципиально новые научно-технологические задачи, которые находятся на переднем крае современной науки и необходимы для перехода к технологиям будущего.

Пресс-служба ДВФУ,
press@dvfu.ru