شتهبرگها حشرههای رایجی هستند. احتمالاً بدون اینکه متوجه شوید یکی از آنها را دیدهاید؛ موجودی کوچک و سبز که در میان برگها استتار میشود و خیلی سریع ناپدید میشود. این ناپدید شدن در واقع پدیده جالبی است. شتهبرگها بدن خود را با ذرات میکروسکوپی میپوشانند که بازتاب نور را بهشدت کاهش میدهد و باعث میشود شکارچیانی که با نور بازتابشده شکار میکنند سختتر آنها را ببینند.
دانشمندان دانشگاه پناستیت اخیراً در نشریه ACS Nano پژوهشی منتشر کردهاند که توضیح میدهد چگونه این اثر را در آزمایشگاه بازسازی کردهاند. این مطالعه روی ساختارهایی به نام بروکوزوم تمرکز دارد؛ ذرات توخالی بسیار کوچکی که شتهبرگها درون بدن خود تولید میکنند و روی بالها و پوسته بیرونیشان پخش میکنند. هر بروکوزوم شبیه یک توپ فوتبال مینیاتوری است که سطح آن با سوراخهایی منظم پوشیده شده و بهجای بازتاب مستقیم نور، آن را پراکنده میکند.
اندازهگیریها نشان میدهد این اثر بسیار قابلتوجه است. به گفته پژوهشگران، این ذرات میزان بازتاب نور را در محدوده مرئی و فرابنفش حدود ۸۰ تا ۹۶ درصد کاهش میدهند. این کاهش باعث میشود درخششهایی که معمولاً محل حشره را لو میدهد، از بین برود.
بهجای ساخت این ساختارها با روشهای معمول نانوساخت، تیم پناستیت از یک روش شیمیایی استفاده کرد. آنها یک سیستم میکروفلوئیدیک ساختند که قطرههای میکروسکوپی حاوی پلیمرهای حلشده در آب تولید میکند. با تبخیر حلال، نیروهای سطحی پلیمرها را به شکل کرههای توخالی با منافذ منظم درمیآورند؛ ساختاری که بسیار شبیه نمونههای طبیعی روی بدن شتهبرگهاست.
با تغییر ترکیب شیمیایی پلیمر، پژوهشگران توانستند اندازه ذرات و شکل منافذ آنها را کنترل کنند. برخی طرحها الگوی پنجضلعی و ششضلعی مشابه نمونههای طبیعی دارند و برخی دیگر منافذ دایرهای ایجاد میکنند. در مجموع، تیم پژوهشی پنج نوع بروکوزوم مشاهدهشده در گونههای مختلف شتهبرگ را بازسازی کرد؛ با اندازههایی از چندصد نانومتر تا حدود دو میکرومتر.
سرعت تولید این ذرات قابلتوجه است. این سیستم میتواند بیش از ۱۰۰ هزار ذره در هر ثانیه بسازد، رقمی بسیار بالاتر از بیشتر روشهای ساخت در مقیاس نانو. این سرعت نشان میدهد که این روش میتواند فراتر از محیط آزمایشگاهی هم کاربرد داشته باشد.
کاربردهای احتمالی در صنایع مختلف دیده میشود. سطوحی که نور کمتری بازتاب میدهند میتوانند عملکرد دستگاههای انرژی را بهبود دهند. مواد نوری نیز میتوانند از کنترل بهتر بازتاب و کاهش خیرگی بهره ببرند. استتار نظامی هم یکی از کاربردهای مطرح است، هرچند پژوهشگران میگویند برای استفاده عملی به آزمایشهای بیشتری نیاز است. مقاله همچنین به امکان کاربردهای پزشکی، مانند رسانش دارو، اشاره میکند؛ بر اساس شکل و ویژگیهای سطحی این ذرات، هرچند این بخش هنوز بررسی نشده است.
آنچه این پژوهش را جالب میکند، منبع ساده آن است. یک حشره معمولی در حیاط خانه روشی برای مدیریت نور تکامل داده که دانشمندان اکنون در حال یادگیری بازتولید آن در مقیاس بزرگ هستند.
