Ilmuwan nanoteknologi membuat ekskresi aneh seperti bola serangga untuk merancang kamuflase yang cerdas


Ilmuwan nanoteknologi membuat ekskresi aneh seperti bola serangga untuk merancang kamuflase yang cerdas

Versi buatan dari struktur mirip sepak bola berskala nano yang disebut brochosom dapat digunakan untuk menciptakan bentuk baru kamuflase militer, permukaan yang dapat membersihkan sendiri, atau bahan bakar hidrogen.

Perpustakaan Foto Sains/ Foto Stok Alamy

Pada awal tahun 1950-an, para ahli biologi di Brooklyn College menggunakan mikroskop elektron untuk mencari petunjuk bahwa wereng, serangga umum seukuran sebutir beras dan dinamai berdasarkan salah satu perilaku khasnya, bisa menjadi agen penularan virus. Dalam penelitian mereka, para ilmuwan secara tidak sengaja mengamati, dalam kata-kata mereka, “benda ultramikroskopik tertentu, yang sejauh ini belum dijelaskan,” pada sayap wereng. Dalam catatan tahun 1953 di Buletin Masyarakat Entomologi Brooklynmereka menamakan struktur kecil, bulat, seperti jack ini “brochosom”, diambil dari kata Yunani yang berarti “jaring dari jaring”.

Sejak saat itu, sekelompok ilmuwan dan insinyur yang tipis namun gigih telah membangun hiperspesialisasi yang terikat pada brochosome. Para peneliti ini tertarik pada subpoin materi yang sangat terstruktur ini karena keajaiban biologis yang terkandung di dalamnya dan kemungkinan teknologi yang ditunjukkan oleh bentuk berpori dan sifat fisiknya yang rumit. Para pecinta brochosome tidak segan-segan berbagi kegembiraan mereka karena telah melalui tur de force yang evolusioner.

“Kelompok kami pertama kali tertarik pada brokosom sekitar tahun 2015, karena tertarik pada dimensi skala nano dan geometri tiga dimensi mirip buckyball yang rumit,” kata Tak-Sing Wong, seorang insinyur biomedis dan mekanik di Pennsylvania State University. “Kami takjub melihat bagaimana wereng dapat secara konsisten menghasilkan struktur kompleks pada skala nano, terutama mengingat bahwa bahkan dengan teknologi mikro dan nanofabrikasi tercanggih sekalipun, kami masih kesulitan untuk mencapai keseragaman dan skalabilitas tersebut.”


Tentang mendukung jurnalisme sains

Jika Anda menyukai artikel ini, pertimbangkan untuk mendukung jurnalisme pemenang penghargaan kami dengan berlangganan. Dengan membeli langganan, Anda membantu memastikan masa depan cerita yang berdampak tentang penemuan dan ide yang membentuk dunia kita saat ini.


Seperti siapa pun yang tertarik dengan struktur ini, Wong berupaya menyalurkan rasa iri terhadap brokosomnya ke dalam penciptaan kabinet keingintahuan teknologi berdasarkan kemampuan brokosom untuk menyerap rentang panjang gelombang tampak dan ultraviolet tertentu. Wong, bersama rekan-rekannya di Penn State dan Carnegie Mellon University, telah mendapatkan dua paten AS dan masih memiliki satu lagi paten yang sedang dalam proses memproduksi bahan sintetis untuk brokosom.

Wong mengatakan brokosom sintetis berpotensi cocok untuk berbagai aplikasi, termasuk bahan antirefleksi dan kamuflase, antipemalsuan, enkripsi data dan taktik “keamanan optik”, di mana informasi tersembunyi hanya terlihat ketika disinari dengan, katakanlah, inframerah atau ultraviolet. lampu Para peneliti dapat memperoleh dana hibah dari Kantor Penelitian Angkatan Laut, yang terus mencari cara berikutnya untuk mempersulit musuh dalam mendeteksi dan melacak kapal angkatan laut, pesawat terbang, dan aset militer AS lainnya.

Sebagian besar penelitian dan pengembangan yang terinspirasi oleh brokosom baru-baru ini di seluruh dunia, kata Wong, berasal dari peningkatan ultra-antireflektif yang ditambahkan secara alami oleh brokosom pada tubuh belalang. Ini bukan hanya fisika optik yang hebat: trik cahaya ini membuat serangga diam di permukaan daun tempat serangga, burung, dan laba-laba yang lapar mencari mangsa.

Beberapa terobosan dalam biologi brochosome telah mengungkapkan bahwa inovasi skala nano alami ini terdiri dari protein dan lipid yang dirangkai menjadi nanosfer tersembunyi di kompartemen khusus tubulus Malpighi serangga, yang merupakan organ ekskresi seperti ginjal. Dengan kaki belakangnya, serangga melapisi dirinya dengan mikrotetesan yang berisi brokosom dari anusnya, menciptakan jubah penyerap cahaya yang membantu mereka hidup di hari lain.

Namun nanosfer berguna lebih dari sekadar penyembunyian. Sebagai tambahan baru-baru ini pada daftar konsep dan prototipe teknologi yang terinspirasi dari brochosome, tim Wong di Penn State bergabung dengan peneliti Universitas Carnegie Mellon, yang dipimpin oleh insinyur mesin Sheng Shen, dengan tujuan menghasilkan material baru tidak hanya untuk kamuflase tetapi juga untuk keamanan baru. . dan perangkat enkripsi juga. Teknologi ini memanfaatkan ketidakmampuan manusia melihat cahaya inframerah.

Ketika para peneliti melakukan pengukuran aspek optik dan fisik lainnya dari brokosom sintetis, mereka menyadari bahwa “meskipun struktur ini tampak identik di bawah cahaya tampak, mereka menunjukkan kontras yang dramatis dalam pencitraan inframerah,” kata Shen. Dan hal itu mencetuskan ide teknologi enkripsi dan keamanan, yang kini sedang dikerjakan para peneliti. Tim bertanya apakah mungkin untuk mengkodekan informasi inframerah secara tidak kasat mata dalam spektrum tampak. Setetes kecil bahan brokosom aktif inframerah pada mata uang dapat berfungsi sebagai tanda keaslian dan menambah penghalang bagi calon pemalsu.

Para peneliti telah mengeksplorasi setengah lusin cara untuk membuat brokosom sintetis dengan berbagai ukuran dan geometri. Melalui penggunaan bahan polimer, keramik, dan logam yang berbeda, kabinet keingintahuan teknologi yang terinspirasi brocosom menjadi lebih menarik perhatian.

Sebuah tim peneliti Tiongkok yang merupakan penggemar brochosome baru-baru ini melaporkan proses untuk membuat spektrum yang jelas dari partikel pemberi warna dengan mengisi lekukan kecil—ruang “mangkuk nano”—dalam struktur brochosome perak dengan bola polistiren kecil. Ketika para peneliti menyesuaikan ukuran bola dengan metode etsa yang tepat, mereka mampu memodifikasi interaksi elektromagnetik antara bola dan, dengan demikian, warna yang tampak dari struktur brokosom sintetis. Di sebuah ACS Nano makalah di mana para peneliti mempresentasikan strategi pembuatan warna mereka, mereka berpendapat bahwa hal ini membuka jalan untuk menghasilkan warna yang lebih tahan lama dan lebih stabil dibandingkan dengan pewarna dan pigmen kimia yang berumur lebih pendek.

Sekelompok peneliti Tiongkok yang berbeda, mencoba meniru kehebatan bunglon, cephalopoda, dan makhluk lainnya, merancang struktur brokosom berbasis oksida tungsten yang menjadi kurang reflektif ketika distimulasi secara listrik. Salah satu titik akhir yang mungkin untuk pekerjaan ini adalah aplikasi hemat energi—sebuah jendela yang dapat mengontrol jumlah energi matahari dan panas yang melewatinya sepanjang hari.

Daftar tugas yang lebih luas dan beragam adalah elektroda pemanen cahaya yang dapat menghasilkan dan mengontrol elektron energik untuk membuat bahan bakar hidrogen dan permukaan yang dapat membersihkan sendiri yang dapat menolak cairan dan perekat. Juga dalam daftar tersebut terdapat sensor yang dapat disesuaikan untuk mendeteksi bakteri dan protein spesifik untuk pemantauan lingkungan dan aplikasi kesehatan. Selain itu, ada kemungkinan partikel yang terinspirasi oleh brokosom yang pori-pori dan permukaannya dapat disesuaikan untuk membawa obat tertentu ke jaringan target.

Harapannya nampaknya sangat besar, namun era teknologi yang terinspirasi dari brochosome bukanlah prospek yang bisa dicapai dalam waktu dekat. “Salah satu hambatan utama dalam meluasnya penggunaan brokosom sintetis adalah kurangnya teknologi produksi yang dapat diskalakan, karena bentuk 3D yang kompleks dan dimensi skala nano masih sulit untuk ditiru dalam skala besar,” Wong mengingatkan.

Entah teknologi tertentu yang terinspirasi dari brochosome berhasil mencapai garis akhir atau tidak, Wong mengatakan bahwa dia suka berbagi karyanya dengan anggota keluarga dan teman non-ilmuwan. “Mereka langsung terpikat dengan keindahan struktur brochosome yang mirip bola sepak,” ujarnya. “Ketika saya menjelaskan bahwa strukturnya sekitar 100 kali lebih tipis dari diameter sehelai rambut, mereka tidak dapat mempercayainya.”

Sementara itu, Shen menyambut baik aspek merendahkan dari penelitian roman dengan brochosom ini. “Ini adalah pengingat yang kuat bahwa inovasi tidak serta merta datang dari kecerdikan manusia,” ujarnya. “Terkadang alam telah memecahkan masalah yang sedang kita tangani.”



Source link

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *

Proudly powered by WordPress | Theme: Funky Blog by Crimson Themes.