Χρώματα από ιούς!

Είχατε ποτέ σκεφθεί ότι ένας ιός θα μπορούσε να σας χαρίσει ένα εκτυφλωτικό κόκκινο, μπλε, πράσινο ή κίτρινο χρώμα; Και όμως, αυτό ακριβώς κατάφεραν ειδικοί του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνιας στο Μπέρκλεϊ ανοίγοντας τον δρόμο για πολύχρωμα «ιο-ρούχα» με ανεξίτηλα χρώματα , όπως αναφέρουν στην επιθεώρηση «Nature».

Τα χρώματα προέρχονται από ένα πολύπλοκο μοτίβο ιικών σωματίδιων που αντανακλούν συγκεκριμένα μήκη κύματος του φωτός. Τα μοτίβα αυτά λειτουργούν περίπου όπως εκείνα που προσφέρουν εντυπωσιακά χρώματα στις μουσούδες ορισμένων ειδών πιθήκων αλλά και στα ράμφη ορισμένων πουλιών.

Πολύχρωμα ζώα χάρη στο κολλαγόνο

Το μπλε ράμφος που διαθέτει ένα είδος πάπιας, το αμερικανικό κεφαλούδι (Οxyura jamaicensis), το μπλε χρώμα στο πρόσωπο και στα οπίσθια του κυνοκέφαλου πίθηκου ή μανδρίλλου (Mandrillus sphinx) αλλά και το μπλε όσχεο των κερκοπιθήκων (Chlorocebus pygerythrus) οφείλουν το χρώμα τους στην πρωτεΐνη κολλαγόνο.

Σε αντίθεση με τις χρωστικές που έχουν χρώμα επειδή τα μόριά τους απορροφούν επιλεκτικά ορισμένα μήκη κύματος του ορατού φωτός, το κολλαγόνο δεν έχει χρώμα – για παράδειγμα από κολλαγόνο αποτελούνται οι διαφανείς φακοί του ανθρώπινου ματιού.

Το κολλαγόνο παράγει χρώμα μόνο όταν οι ίνες του συσσωματώνονται σε συγκεκριμένες ομάδες δημιουργώντας περίπλοκες νανοδομές των οποίων το σχήμα ελέγχει το μήκος κύματος του φωτός που αντανακλάται. Οι δομές αυτές είναι τοποθετημένες σε διαφορετικά επίπεδα. Αρχικώς οι ίνες του κολλαγόνου πλέκονται μεταξύ τους δημιουργώντας «στριφογυριστές» δέσμες και στη συνέχεια αυτές οι δέσμες ενώνονται.

Αναπαραγωγή στο εργαστήριο

Εντυπωσιασμένος από αυτήν την πολύπλοκη οργάνωση σε επίπεδο νανοκλίμακας ο Σιουνγκ – Γουκ Λι από το Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνιας και οι συνεργάτες του αναρωτήθηκαν αν θα μπορούσαν να αναπαραγάγουν αυτή τη διαδικασία στο εργαστήριο.

Ωστόσο, αντί να χρησιμοποιήσουν ως βάση το κολλαγόνο, οι ερευνητές επέλεξαν έναν αβλαβή ιό ο οποίος έχει στριφογυριστή δομή, όπως οι ίνες του κολλαγόνου. Όταν τοποθετήθηκαν μέσα σε διάλυμα οι ιοί αυτοί δημιούργησαν επίσης δέσμες και διαφορετικά επίπεδα.

Αυτού του είδους οι ρευστές δομές ονομάζονται υγροί κρύσταλλοι. Ο Λι και οι συνεργάτες του βρήκαν έναν απλό τρόπο ώστε να «παγώσουν» αυτές τις υγρές κρυσταλλικές δομές προκειμένου να δημιουργήσουν ένα στερεό λεπτό στρώμα: οι επιστήμονες βύθισαν ένα γυάλινο πλακίδιο μικροσκοπίου σε ένα διάλυμα του ιού και στη συνέχεια το απέσυραν αργά.

Η κίνηση της απόσυρσης του πλακιδίου προκαλεί μια σειρά διεργασιών και άσκηση δυνάμεων μεταξύ του διαλύματος, του αέρα και του γυαλιού (μεταξύ άλλων εξάτμιση, επιφανειακή τάση και αλληλεπιδράσεις των μορίων του υγρού και του πλακιδίου). Ετσι παρήχθη μια πολύπλοκη δομή που κολλούσε επάνω στο πλακίδιο και στερεοποιείτο με τη μορφή λωρίδων, σαν ένα πλεγμένο σχοινί.

Ρύθμιση της δομής

Αλλάζοντας την ταχύτητα με τον οποίον απέσυραν το πλακίδιο από το διάλυμα ή την ποσότητα ιού μέσα στο διάλυμα οι ερευνητές ήταν σε θέση να ρυθμίσουν την ακριβή δομή του στερεού σώματος που προέκυπτε από τη διαδικασία – και ως εκ τούτου και των οπτικών ιδιοτήτων του.

Οταν η συγκέντρωση του ιού στο διάλυμα ήταν χαμηλή, προέκυπτε ένα διαφανές φιλμ, παρόμοιο με το στρώμα του κολλαγόνου στα μάτια μας. Η δομή αυτή αποτελείτο από κάθετες λωρίδες του ιού επάνω στην επιφάνεια του γυαλιού.

Προκειμένου να παραγάγουν χρώμα οι επιστήμονες χρησιμοποίησαν μια μεγαλύτερη ποσότητα του ιού. Το αποτέλεσμα ήταν η δημιουργία μιας δομής στην οποία οι ιοί σχημάτιζαν δέσμες μακριών, κυματιστών «νούντλς».

Ιριδίζοντα και ομοιόμορφα χρώματα

Τα φιλμ που είχαν δημιουργηθεί με χρήση μεγάλης συγκέντρωσης ιού σε συνδυασμό με μικρή ταχύτητα απόσυρσης του γυάλινου πλακιδίου από το διάλυμα είχαν ιριδίζον χρώμα. Όταν εφαρμοζόταν μεγαλύτερη ταχύτητα απόσυρσης του πλακιδίου παράγονταν φιλμ με ομοιόμορφο χρώμα. Λωρίδες διαφορετικών χρωμάτων παρήχθησαν επάνω στο ίδιο πλακίδιο αλλάζοντας την ταχύτητα απόσυρσης – έτσι τελικώς δημιουργήθηκαν μπλε, κόκκινες, κίτρινες και πράσινες λωρίδες.

Η ικανότητα δημιουργίας πολλών και διαφορετικών μεμβρανών χρώματος από ένα και μόνο δομικό λίθο μπορεί να προσφέρει έναν καλό τρόπο για τη δημιουργία μιας φθηνής επίστρωσης χρώματος, σύμφωνα με την Ειμι Μπλουμ από το Πανεπιστήμιο ΜακΓκιλ στο Μόντρεαλ του Καναδά. Η ειδικός συμπληρώνει ότι η νέα μέθοδος θα μπορούσε να οδηγήσει στη χρήση ιών για τη δημιουργία ανεξίτηλων χρωμάτων στα ρούχα.

Τα ρούχα χάνουν το χρώμα τους όταν οι χημικοί δεσμοί της χρωστικής που απορροφούν φως μιας συγκεκριμένης συχνότητας αλλάζουν, με αποτέλεσμα να μην απορροφούν πλέον το φως. Με δεδομένο ότι στο πλαίσιο της νέας τεχνικής το χρώμα παράγεται με έναν εντελώς διαφορετικό τρόπο, ίσως τα ρούχα να μην ξεθωριάζουν πλέον.

Η Μπλουμ παραδέχεται πάντως ότι δεν είναι αυτή τη στιγμή σαφές εάν τα «ιο-χρώματα» θα προσκολλώνται στο βαμβάκι τόσο καλά όσο στο γυαλί.