Mit Hilfe modernster nanotechnologischer Methoden haben britische Wissenschaftler jetzt das optische Prinzip der irisierenden Flügel eines tropischen Schmetterlings nachgebaut. Wie sie in „Nature Nanotechnology“ berichten, lassen sich die durch Nanostrukturen erzeugten Signale auch als Fälschungsschutz beispielsweise für Banknoten einsetzen.
Die schillernden Farben vieler Käfer, Libellen oder Schmetterlingsflügel faszinieren nicht nur den zufälligen Betrachter, sie haben auch schon seit langem das Interesse von Physikern und Biologen geweckt. Denn die farbenfrohen Muster beruhen nicht einfach auf Pigmenten, wie viele unserer künstlichen Lacke und Farben, sondern auf Nanostrukturen. Die winzigen Rippen und Hohlräume dieser Insektenschuppen reflektieren und brechen das Licht auf spezielle Weise und sorgen dafür, dass die irisierenden Effekte entstehen. Diese Effekte nachzuahmen, ist allerdings alles andere als einfach.
Die Forscher Mathias Kolle, Professor Ullrich Steiner und Professor Jeremy Baumberg von der Universität von Cambridge in England haben nun den Indonesischen Pfauen- oder Schwalbenschwanz-Schmetterling Papilio blumei zum Vorbild genommen, um Strukturfarben per Nanotechnologie zu erzeugen. Die Flügelschuppen des Schmetterlings bestehen aus mikroskopisch fein skulpturierten Kutikulaschichten, die sich mit Luft gefüllten Bereichen abwechseln. Dadurch entstehen schillernde, intensive Farben.
Nanotechnologisch nachgebaut
Durch Verfahren der Selbstorganisation und der gezielten Ablagerung von einatomigen Schichten haben die Wissenschaftler die komplexe Schuppenstruktur jetzt Baustein für Baustein nachgebaut. Ihre künstlichen aber strukturell identischen Kopien zeigten anschließend die gleichen Lichtbrechungseigenschaften wie das Original.
„Wir haben eines der Geheimnisse der Natur entschlüsselt und dieses Wissen mit moderner Nanofabrikation kombiniert um die komplexen optischen Designs der Natur nachzuahmen“, so Kolle. „Obwohl die Natur besser in Selbstorganisation ist als wir, haben wir den Vorteil, dass wir eine große Bandbriete von künstlichen, maßgeschneiderten Materialien nutzen können um unsere optischen Strukturen zu optimieren.”
Fälschungsschutz für Banknoten
Die neu entwickelten optischen Materialien geben nicht nur einen tieferen Einblick in die Konstruktion der Strukturfarben durch die Natur, sie eröffnen auch neue Anwendungen in der Sicherheitstechnologie. „Diese künstlichen Strukturen könnten genutzt werden um Information in optischen Signaturen beispielsweise auf Banknoten oder anderen wertvollen Objekten zu verschlüsseln und sie so gegen Fälschung zu schützen“, so Kolle. „Wir müssen unser System zwar noch verfeinern, aber in Zukunft könnten wir Strukturen auf Basis von Schmetterlingsflügeln auf einer Zehn-Pfundnote oder selbst unseren Ausweisen schillern sehen.“
Flügelfarben nur für Artgenossen „entschlüsselbar“
Interessanterweise nutzt auch der Schmetterling Papilio möglicherweise seine Farben als eine Art Verschlüsselung: Seinen Fressfeinden erscheint er anders als den möglichen Paarungspartnern. „Die leuchtend grünen Flecken auf den Flügeln dieses tropischen Schmetterlings sind ein erstaunliches Beispiel für den Einfallsreichtum der Natur im optischen Design“, so Kolle.
„Mit den richtigen optischen Instrumenten betrachtet erscheinen sie leuchtend blau, mit dem nackten Auge aber grün. Wenn seine Augen Artgenossen als blau sehen, Prädatoren aber nur grüne Flecken in einem grünen tropischen Umfeld, kann es sich vor den Fressfeinden verstecken und gleichzeitig trotzdem für Mitglieder der eigenen Art sichtbar und auffallend bleiben.”
(University of Cambridge, 04.06.2010 – NPO)
