Las deslumbrantes alas de libélula pueden hacer que los poetas se entusiasmen, pero los científicos anhelan una mejor comprensión. En particular, quieren conocer la química de las diferentes capas que dan lugar a cristales fotónicos naturales que ayudan a crear el color.

Ahora, una colaboración de investigadores brasileños de la Universidad Federal de Minas Gerais, Belo Horizonte, Brasil, se han asociado con expertos de Minnesota en imágenes químicas de superficies en Physical Electronics, Inc. (PHI) para descifrar el mecanismo de color de la libélula de alas brillantes del Amazonas macho (Chalcopteryx rutilans).

Los investigadores presentarán sus resultados y análisis de imágenes de superficie molecular durante el 64º Simposio y Exposición Internacional de AVS del 29 de octubre al 29 de noviembre. 3, 2017, en Tampa, Florida. Analizaron alas transparentes y coloreadas para correlacionarlas con la microscopía electrónica y los resultados ópticos.

Los colores del ala brillante abarcan el espectro visible con rojo brillante, azul, y regiones amarillas / verdes en las alas, la fuente de la que esperan encontrar.

Los investigadores brasileños obtuvieron respuestas parciales a esta pregunta utilizando métodos de microscopía electrónica de microscopía electrónica de barrido (SEM) y microscopía electrónica de transmisión (TEM). El sondeo de la mecánica del color de las alas brillantes reveló que las alas iridiscentes tienen múltiples capas alternas con diferentes densidades electrónicas. La variación del color local se relacionó con el número y grosor de las capas, que cambió a través del ala.

Si bien la medición del espesor y el número de capas se pudo lograr fácilmente mediante microscopía electrónica, el enfoque fue incapaz de caracterizar la química de las diferentes capas que dan lugar a estos cristales fotónicos naturales. Para comprender completamente el mecanismo del color, necesitaban medir las estructuras químicas en el ala.

Al asociarse con colegas de Minnesota en PHI, midieron la química real en la estructura del ala con una técnica avanzada de imágenes de superficie molecular conocida como espectrometría de masas de iones secundarios de tiempo de vuelo (TOF-SIMS). Esta técnica analítica de superficies extremadamente sensible puede revelar datos elementales y moleculares muy detallados sobre superficies, capas delgadas e interfaces tanto en 2-D como en 3-D. TOF-SIMS se puede utilizar para sondear la estructura y la química 3-D de una amplia variedad de materiales orgánicos e inorgánicos, tanto sintéticos como naturales.

Entre los hallazgos más interesantes que descubrió el equipo está que los cambios periódicos en las densidades de electrones locales pueden corresponder a variaciones en las concentraciones de sodio (Na) y potasio (K) a través del grosor del ala. No pudieron encontrar hallazgos similares en la literatura, sin embargo.

David M. Carr, un ingeniero y científico senior en PHI, saca a la luz la importancia de la ingeniería de la naturaleza y sus aplicaciones en el desarrollo tecnológico.

"La naturaleza a menudo puede proporcionar ejemplos de soluciones de ingeniería. Todo el campo de la biomimetismo se dedica a aprender de la naturaleza para encontrar posibles soluciones a problemas de ingeniería difíciles, "Carr dijo." Cada muestra natural tiene características únicas y mucho que enseñarnos ".