Les ailes de libellule éblouissantes peuvent envoyer les poètes rhapsodier, mais les scientifiques aspirent à une meilleure compréhension. En particulier, ils veulent connaître la chimie des différentes couches donnant naissance à des cristaux photoniques naturels qui aident à créer la couleur.

Maintenant, une collaboration de chercheurs brésiliens de l'Université fédérale de Minas Gerais, Belo Horizonte, Brésil, se sont associés à des experts du Minnesota en imagerie chimique de surface chez Physical Electronics, Inc. (PHI) pour découvrir le mécanisme de couleur de la libellule amazonienne à ailes brillantes (Chalcopteryx rutilans).

Les chercheurs présenteront leurs résultats et analyses d'imagerie moléculaire de surface lors du 64e Symposium et exposition internationaux AVS du 29 octobre au 29 novembre. 3, 2017, à Tampa, Floride. Ils ont analysé les ailes transparentes et colorées pour établir une corrélation avec la microscopie électronique et les résultats optiques.

Les couleurs de l'aile scintillante couvrent le spectre visible avec un rouge chatoyant, bleu, et des régions jaunes/vertes sur les ailes, dont ils espèrent trouver la source.

Des chercheurs brésiliens ont obtenu des réponses partielles à cette question en utilisant des méthodes de microscopie électronique de microscopie électronique à balayage (MEB) et de microscopie électronique à transmission (MET). Sonder la mécanique des couleurs des ailes scintillantes a révélé que les ailes irisées ont plusieurs couches alternées avec différentes densités électroniques. La variation de la couleur locale était liée au nombre et à l'épaisseur des couches, qui a changé à travers l'aile.

Alors que la mesure de l'épaisseur et du nombre de couches était facilement réalisable par microscopie électronique, l'approche n'a pas permis de caractériser la chimie des différentes couches donnant naissance à ces cristaux photoniques naturels. Pour bien comprendre le mécanisme de la couleur, ils avaient besoin de mesurer les structures chimiques dans l'aile.

En faisant équipe avec des collègues du Minnesota à PHI, ils ont mesuré la chimie réelle dans la structure de l'aile avec une technique d'imagerie moléculaire de surface avancée connue sous le nom de spectrométrie de masse d'ions secondaires à temps de vol (TOF-SIMS). Cette technique d'analyse de surface extrêmement sensible peut révéler des données moléculaires et élémentaires très détaillées sur les surfaces, couches minces et interfaces en 2D et en 3D. TOF-SIMS peut être utilisé pour sonder la structure 3D et la chimie d'une grande variété de matériaux organiques et inorganiques, à la fois synthétique et naturel.

L'une des découvertes les plus intéressantes découvertes par l'équipe est que les changements périodiques des densités électroniques locales peuvent correspondre à des variations des concentrations de sodium (Na) et de potassium (K) à travers l'épaisseur de l'aile. Ils n'ont pas pu trouver de résultats similaires dans la littérature, toutefois.

David M. Carr, ingénieur et scientifique senior à PHI, met en lumière l'importance de l'ingénierie de la nature et de ses applications dans le développement technologique.

"La nature peut souvent fournir des exemples de solutions d'ingénierie. L'ensemble du domaine du biomimétisme est consacré à l'apprentissage de la nature pour des solutions potentielles à des problèmes d'ingénierie difficiles, " Carr a déclaré. "Chaque échantillon naturel a des caractéristiques uniques et beaucoup à nous apprendre."