Garnelen aus "Findet Nemo" könnten helfen, Ihr Weißbrot weiß zu halten

Forscher der Ben-Gurion-Universität entdecken neues Prinzip in der Optik

01.06.2023 - Israel

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Die Pazifische Putzergarnele birgt möglicherweise das Geheimnis, wie Weißbrot weiß bleibt. Anorganische Nanopartikel wie Titandioxid und Zinkoxid werden häufig als Weißmacher in Lebensmitteln, Kosmetika und Farben verwendet. Aufgrund gesundheitlicher Bedenken wird derzeit jedoch intensiv nach organischen, biokompatiblen Analoga gesucht, die diese Stoffe ersetzen können. Jetzt haben Dr. Ben Palmer und seine Studentin Tali Lemcoff von der Ben-Gurion University of the Negev ein neues Material in Putzergarnelen entdeckt, das einen der effizientesten weißen Reflektoren in der Natur erzeugt und die Entwicklung neuartiger, organischer Bleichmittel inspirieren könnte. Durch die Untersuchung des weißen Materials von Putzergarnelen entdeckten die Forscher ein völlig neues Prinzip in der Optik. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift Nature Photonics veröffentlicht.

Die Pazifische Putzergarnele, auch bekannt als Jacques aus Findet Nemo, lockt mit weißen Streifen auf ihrer Cuticula und ihren Anhängseln Fische an, die sie dann säubert, indem sie Parasiten vom Körper des Fisches frisst. Als die Forscher sich diese weißen Streifen genauer ansahen, entdeckten sie etwas Erstaunliches. Die weißen Streifen bestehen aus einer hauchdünnen Schicht dicht gepackter Partikel eines kleinen Moleküls, Isoxanthopterin. Weiße Materialien aus dicken Materialien herzustellen ist trivial. Die Herstellung effizienter weißer Reflektoren aus dünnen, dichten Materialien ist jedoch aufgrund eines optischen Effekts, der als "optische Verdrängung" bezeichnet wird und bei dem die Reflexion bei höherer Packungsdichte abnimmt, eine Herausforderung. Trotz einer Dicke von weniger als 5 Mikrometern ist das von der Garnele erzeugte Weiß extrem hell, was sie zu einem der dünnsten und effizientesten weißen Materialien macht, die es gibt.

Der Schlüssel zur Optik liegt in der Anordnung der Moleküle in den Partikeln. Die Moleküle sind in einem "Flüssigkristall" angeordnet, gestapelt in Säulen, die wie die Speichen eines Rades radial aus dem Zentrum der Nanokugeln strahlen.

"Zuerst dachte ich, das sei uninteressant, weil die Nanokugeln keine klassischen Kristalle sind. Als wir jedoch mit Kryo-SEM- und TEM-Mikroskopen genauer hinsahen, erkannten wir nicht nur, dass es sich bei den Partikeln um Flüssigkristalle handelt, wie sie in LCD-Displays vorkommen, sondern auch, dass sie eine Doppelbrechung (Doppelbrechung) aufweisen, was in der Tierwelt äußerst selten ist", schwärmt Tali Lemcoff.

Es hat sich herausgestellt, dass diese besondere Anordnung der Moleküle der Schlüssel zur Überwindung des Hindernisses der "optischen Verdrängung" ist. Dadurch können die Partikel dicht gepackt werden, was die Dicke der Schicht verringert, die für die Erzeugung von hellem Weiß erforderlich ist.

"Es ist wirklich eines der ersten Male, dass wir durch die Untersuchung eines Organismus ein völlig neues Prinzip gelernt haben. Die Garnele hat eine scheinbar fundamentale Hürde in der Optik überwunden, indem sie Teilchen mit dieser speziellen Anordnung von Molekülen geschaffen hat. Jetzt stellt sich die Frage, wie wir diesen Effekt nachahmen können, um neue Materialien zu schaffen, die wir als Lebensmittelzusatzstoffe in Weißbrot oder in weißer Farbe und anderen Anwendungen verwenden könnten", sagt Dr. Palmer.

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