Elektronmikroskopi ger ledtrådar till den färgglada kemi av dragonflyvingar

Cryosectioning 5) Cutting and Slide Mounting (Maj 2019).

Anonim

Bländande dragonfly vingar kan skicka poeter rhapsodizing, men forskare längtar efter en bättre förståelse. I synnerhet vill de veta kemi hos de olika lager som ger upphov till naturliga fotoniska kristaller som hjälper till att skapa färg.

Nu har ett samarbete mellan brasilianska forskare från Federal University of Minas Gerais, Belo Horizonte, Brasilien, gått ihop med Minnesota-experter på kemisk ytbehandling på Physical Electronics, Inc. (PHI) för att pussa ut färgmekanismen hos den manliga Amazonian glitterwing slända (Chalcopteryx rutilaner).

Utredare presenterar resultat och analyser av molekylära ytbildningar under AVS 64: e internationella symposium och utställning 29 oktober-november. 3, 2017, i Tampa, Florida. De analyserade både transparenta och färgade vingar för att korrelera med elektronmikroskopi och optiska resultat.

Färgarna på glitterwing spänner över det synliga spektrumet med skimrande röda, blå och gula / gröna områden på vingarna, källan som de hoppas hitta.

Brasilianska utredare härledde partiella svar på denna fråga med hjälp av elektronmikroskopi-metoder för avsökning av elektronmikroskopi (SEM) och transmissionselektronmikroskopi (TEM). Probing av den glittrande färgmekaniken visade att de iriserande vingarna har flera alternerande skikt med olika elektroniska densiteter. Variationen av lokal färg var relaterad till lagrets antal och tjocklek, vilket förändrades över vingen.

Medan mätning av tjockleken och antalet skikt lätt uppnåddes genom elektronmikroskopi, kunde metoden inte karakterisera kemi hos de olika skikten som gav upphov till dessa naturliga fotoniska kristaller. För att fullt ut förstå färgmekanismen behövde de att mäta kemiska strukturer i vingen.

Genom att samarbeta med Minnesota-kollegor vid PHI mättes den faktiska kemi i vinge strukturen med en avancerad molekylär ytbehandlingsteknik som kallas Time-of-Flight Secondary Ion Mass Spectrometry (TOF-SIMS). Denna extremt känsliga ytanalytiska teknik kan avslöja mycket detaljerade molekylära och elementära data om ytor, tunna lager och gränssnitt i både 2-D och 3-D. TOF-SIMS kan användas för att sondra 3-D struktur och kemi av en mängd olika organiska och oorganiska material, både syntetiska och naturligt förekommande.

Bland de mest intressanta fynden upptäckte teamet att de periodiska förändringarna i lokala elektrondensiteter kan motsvara variationer i natrium (Na) och kalium (K) koncentrationer genom vingens tjocklek. De kunde dock inte finna några liknande resultat i litteraturen.

David M. Carr, ingenjör och seniorforskare vid PHI, lyfter fram vikten av naturens teknik och dess tillämpningar inom teknikutveckling.

"Naturen kan ofta ge exempel på tekniska lösningar. Hela området biomimicry ägnas åt lärande från naturen för potentiella lösningar på svåra tekniska problem, säger Carr. "Varje naturligt prov har unika egenskaper och mycket att lära oss."

menu
menu