Sayap Biru Cemerlang Kupu-kupu Menghasilkan Cat – Warna biru cerah sayap kupu-kupu morfo telah lama memikat tidak hanya ahli lepidopteris tetapi juga ahli kimia.
Ketertarikan yang terakhir berasal dari struktur protein skala nano yang rumit yang dilapisi di dalam sayap: bentuknya bertindak seperti prisma, mencerminkan warna biru langit yang menakjubkan. nexus slot
Ilmuwan material berharap pada akhirnya memanfaatkan sifat struktur ini untuk membuat produk seperti cat dan kosmetik — tanpa pewarna dan pigmen yang dapat berbahaya bagi kesehatan manusia dan lingkungan.
Mencari tahu bagaimana menerapkan konsep “warna struktural” ini dengan harga terjangkau ke berbagai produk merupakan hal yang rumit. Tapi sekarang ahli kimia di sebuah perusahaan rintisan yang berbasis di Berkeley, California bernama Cypris Materials mengatakan bahwa mereka mendekati cara untuk melakukannya.
Tanpa menggunakan pewarna atau pigmen, kata mereka, mereka telah mengembangkan pewarna yang dapat menghasilkan warna di daerah ultraviolet, tampak dan dekat-inframerah dari spektrum elektromagnetik dan yang dapat digunakan dalam aplikasi dari cat otomotif hingga tinta printer dan cat kuku.
“Mereka telah membuat kemajuan dalam bidang yang sangat membutuhkan inovasi, dan sepertinya mereka telah melakukan lompatan dari laboratorium ke dunia nyata.
Itu sangat mengesankan,” kata John Warner, seorang peneliti terkemuka di perusahaan Zymergen dan pelopor kimia hijau, yang tidak terlibat dalam pekerjaan Cypris Materials.
Pigmen dan pewarna tradisional telah digunakan selama berabad-abad untuk menambah warna pada kain dan cat serta untuk aplikasi sehari-hari lainnya. Mereka memberikan berbagai warna melalui cara mereka menyerap atau memantulkan cahaya. Pewarna merah pada kemeja, misalnya, mengandung komponen molekuler yang disebut kromofor, yang menyerap panjang gelombang cahaya di semua warna kecuali merah — jadi yang kita lihat adalah merah. Tetapi beberapa bahan kimia yang terlibat, seperti pewarna azo, mengandung bahan yang terkait dengan kanker dan efek berbahaya lainnya. Banyak negara telah melarangnya.
Warna struktural, bagaimanapun, berasal dari struktur mikroskopis yang berbagai bentuknya memantulkan atau membiaskan cahaya dengan cara yang berbeda. Sisik-sisik kecil pada sayap kupu-kupu morfo, misalnya, ditutupi dengan punggung bukit yang sangat kecil yang memiliki tulang rusuk bersilang — sedikit mirip dengan profil pohon cemara. Formasi ini membiaskan panjang gelombang cahaya tertentu untuk menghasilkan warna biru cemerlang. Struktur lain menciptakan efek serupa: misalnya, mikrofiber selulosa yang tersusun secara heliks membuat marmer beri berkilau dengan warna biru metalik yang mengkilap. Para ilmuwan masih mempelajari detail yang lebih baik tentang cara warna struktural terwujud di alam. Tapi mereka sudah tahu bahwa ukuran dan volume fitur dalam sebuah struktur dan material itu sendiri adalah yang pada dasarnya menentukan bagaimana cahaya memantul dari struktur itu — dan warna apa yang dihasilkan.
Bahan Cypris menciptakan pewarna berbasis struktur menggunakan apa yang dikenal sebagai kopolimer blok rakitan sendiri. Mereka adalah rantai panjang molekul yang dalam hal ini menyatukan dua jenis plastik yang umum digunakan, seperti poliakrilat atau poliester. Ketika diformulasikan menjadi cat atau tinta dan diaplikasikan pada suatu permukaan, kopolimer ini mengatur dirinya sendiri menjadi struktur berlapis yang tertata rapi yang membiaskan cahaya. Untuk memahami cara kerjanya, bayangkan cacing bergetah yang setengah kuning dan setengah hijau, dengan setiap warna mewakili plastik yang berbeda. Jika sekantong besar cacing ini diatur sedemikian rupa sehingga setiap bagian kuning dan hijau permen karet hanya menyentuh bagian berwarna sama dari permen karet lainnya, mereka akan membentuk struktur berlapis-lapis. Kopolimer Cypris melakukan ini sendiri ketika dimasukkan ke dalam solusi, dengan panjang rantai polimer menentukan panjang gelombang cahaya yang dipantulkan. Rantai kopolimer pendek membiaskan panjang gelombang cahaya yang lebih pendek: ultraviolet, biru, dan hijau. Rantai yang lebih panjang membiaskan panjang gelombang yang lebih panjang di bagian spektrum yang berwarna oranye, merah, dan inframerah dekat.
Kopolimer rakitan sendiri bukanlah hal baru, tetapi perusahaan mengatakan telah membuat dua kemajuan utama: bahannya dapat dirakit sendiri dalam kondisi lingkungan sehari-hari, seperti saat cat diterapkan, dan dapat membuat rantai yang lebih panjang yang mencerminkan panjang gelombang cahaya yang panjang. “Mampu mengeluarkannya ke warna yang lebih merah — tidak ada yang bisa melakukannya” dengan warna struktural, kata Robert Grubbs, profesor kimia pemenang Hadiah Nobel di California Institute of Technology dan salah satu pendiri perusahaan yang bekerja sebagai penasihat. “Mereka telah datang jauh lebih jauh dari yang saya kira akan mungkin terjadi.”
Pewarna baru hadir dalam bentuk bubuk yang menurut Cypris Materials dapat digabungkan ke dalam proses pembuatan — ditambahkan ke cat dalam pistol semprot otomotif, misalnya, atau dicampur ke dalam cat kuku. Pewarna juga bertindak seperti pengikat, bahan kimia yang ditambahkan untuk menahan pigmen dan pewarna dalam larutan saat cat mengering di permukaan. “Kami menyederhanakan cat,” kata salah satu pendiri perusahaan dan penjabat CEO Ryan Pearson. Secara tradisional, “orang perlu menambahkan pigmen. Mereka juga perlu menambahkan aditif ekstra hanya untuk menstabilkan cat. Kami tidak hanya menghilangkan kebutuhan pigmen dan pewarna, kami juga menghilangkan kebutuhan semua bahan di sekitarnya untuk menstabilkannya.”
Bahan kimia lain yang sering ditambahkan ke cat untuk membantu menstabilkan pigmen termasuk surfaktan. Masih harus dilihat apakah pewarna baru akan membuat bahan kimia tersebut tidak diperlukan, tetapi “jika pewarna dapat menggantikan surfaktan atau memformulasi tanpa menggunakan alkylphenols [bahan kimia yang banyak digunakan dalam cat untuk mencegah pemisahan], itu pasti akan menjadi perkembangan positif dalam pandangan kami, ”kata Teresa McGrath, kepala peneliti di Jaringan Bangunan Sehat, sebuah organisasi nirlaba yang mempromosikan penggunaan bahan yang berkelanjutan dan lebih sedikit beracun dan tidak terkait dengan Bahan Cypris.
Metode baru ini kontras dengan aplikasi warna struktural lainnya, seperti yang digunakan untuk membuat film yang dapat diterapkan pada jendela untuk meningkatkan isolasi dan menghemat energi. Teknik itu melibatkan pembuatan dan penggabungan banyak lapisan film untuk mencapai struktur yang memantulkan cahaya inframerah. Tapi film-film itu hanya dapat diterapkan pada permukaan tertentu, membuat teknologi warna struktural baru berpotensi lebih serbaguna.
Pewarna start-up masih memiliki rintangan yang harus diatasi dan kemungkinan keterbatasan. Misalnya, mereka mungkin tidak mampu bersaing dengan beberapa pigmen, seperti titanium dioksida. Perusahaan juga masih perlu melakukan analisis lengkap terhadap kopolimer dan proses manufakturnya untuk memastikan bahwa pewarna memang lebih aman dan lebih ramah lingkungan daripada pewarna dan pigmen tradisional. “Ini tidak akan sempurna,” kata Warner. Tapi “musuh dari yang terbaik adalah yang sempurna. Sains bekerja dengan langkah-langkah maju seperti ini.”