Crean una celulosa fotónica iridiscente, que mimetiza la coloración de los insectos, con aplicaciones ópticas

El estudio desarrollado en el ICMAB-CSIC y publicado en Nature Photonics describe la técnica para dotar de color estructural a un derivado de la celulosa mediante su nanoestructuración. El color no depende de pigmentos sino de nanoestructuras que interaccionan con la luz de forma diferente. Las aplicaciones incluyen desde el embalaje de productos hasta detectores, sensores o etiquetas biocompatibles y económicas.

Muestra del material con coloración estructural (Agustín Mihi/ICMAB-CSIC).Los colores brillantes de algunas mariposas, escarabajos o pájaros no se deben a la presencia de pigmentos que absorben selectivamente la luz, sino debido a la denominada coloración estructural. La coloración estructural se produce en superficies que cuentan con una nanoestructuración con dimensiones similares a las de la longitud de onda de la luz incidente (típicamente por debajo de la micra).

Estas nanoestructuras ordenadas se conocen con el nombre de cristales fotónicos. Existe un gran interés en dotar la celulosa, el polímero más abundante de la tierra, biocompatible y biodegradable, de estas estructuras, ya que le pueden conferir nuevas funcionalidades ópticas y electrónicas.

El estudio que se publica en Nature Photonics, liderado por Agustín Mihi, investigador del Instituto de Ciencia de Materiales de Barcelona (ICMAB-CSIC), consigue crear, por primera vez, cristales fotónicos y estructuras plasmónicas de un derivado de la celulosa mediante su nanoestructuración con la técnica de la litografía suave. “Al nanoestructurar de forma periódica la lámina de celulosa, ésta deja de ser transparente y comienza a reflejar colores intensamente dependiendo del patrón con la que se la ha moldeado”, dice este investigador.  

Con esta nueva técnica, totalmente escalable, de bajo coste, y alternativa a la tradicional del autoensamblaje, se consigue dotar este polímero de una nanoestructura creando grandes áreas coloreadas, de gran calidad y reproducibilidad en un tiempo muy corto. El rango de colores que se puede obtener es muy amplio, y depende sólo de la morfología y el tamaño de las estructuras creadas.

Con la nueva técnica, totalmente escalable, de bajo coste y alternativa a la tradicional del autoensamblaje, se dota al polímero de una nanoestructura, creando grandes áreas coloreadas

Estos cristales fotónicos se pueden imprimir sobre diferentes sustratos para dotar de propiedades fotónicas las superficies que no lo son. En el mencionado estudio, se imprimen sobre papel, lo que demuestra el potencial de esta tecnología como tinta fotónica, para aplicaciones en tintas de seguridad, embalaje o papel decorativo, o como sensores de bajo coste, entre otros.

Si se recubren estas estructuras con una fina capa de metal, adquieren propiedades plasmónicas, manteniendo su flexibilidad, y consiguiendo colores mucho más intensos y brillantes. Además, según el tipo de derivado de la celulosa, se puede variar su grado de biodegradabilidad y solubilidad en agua. Estas estructuras plasmónicas pueden emplearse como sensores desechables para emisión Raman o para aumentar la luz emitida por un colorante.

Los cristales fotónicos y las arquitecturas plasmónicas se utilizan en la óptica por su capacidad de manipular la luz. En este trabajo se consiguen esas interesantes propiedades ópticas en un material biocompatible y biodegradable, lo que puede abrir nuevos campos de aplicación todavía inexplorados. El estudio ha sido financiado por el proyecto ENLIGHTMENT del Consejo Europeo de Investigación (ERC Starting Grant) y por el proyecto Severo Ochoa del ICMAB.

Artículo de referencia:
Hydroxypropyl cellulose Photonic arquitecturas by soft nanoimprinting lithography. André Espinho, Camilla Dore, Cristiano Matricardi, María Isabel Alonso, Alejandro R. Goñi, and Agustín Mihi. Nature Photonics.