Třpyt motýlích křídel není založen na pigmentech. Za hru barev jsou v tomto případě zodpovědné speciální povrchové struktury. Jejich periodická nanostruktura umožňuje průchod světla určitých vlnových délek, zatímco jiné vlnové délky odráží. Díky tomu se „šupinky“ křídel, které jsou ve skutečnosti průhledné, jeví barevné.
Výroba umělých fotonických krystalů pro vlnové délky viditelného světla je ovšem stále velkou výzvou. Fotonické krystaly mají přitom všestranné uplatnění. Byly využity k vývoji účinnějších solárních článků, inovativních optických vlnovodů a materiálů pro kvantovou komunikaci. Jejich výroba však byla však dosud velmi pracná.
Na rozdíl od litografických technik použil nyní tým z Ludwig Maximilian University v Mnichově metodu DNA origami k návrhu a syntéze stavebních bloků, které se pak samy skládají do specifické mřížkové struktury.
„Náš úkol spočíval ve zvětšení struktury diamantového krystalu 500krát tak, aby mezery mezi stavebními bloky odpovídaly vlnové délce světla. Periodicitu mřížky jsme zvýšili na 170 nanometrů tím, že jsme jednotlivé atomy nahradili většími stavebními bloky – právě pomocí DNA origami,“ uvádějí spoluautoři nového výzkumu Tim Liedl a Gregor Posnjak. Použili dlouhé, prstencovité vlákno DNA (skládající se z přibližně 8 000 bází) a sadu 200 krátkých „sponek“ DNA. Svorky řídí skládání delšího vlákna DNA do prakticky libovolného tvaru a určují, jak se objekty DNA origami spojují, aby vytvořily požadovanou diamantovou mřížku.
(Poznámka PH: Jak to chápu, DNA se poskládá do požadované geometrie a příslušným způsobem posune na místo nějak navázané kousky diamantových krystalů?)
Tím ale proces ještě nekončí. Na Technical University of Munich pak na příslušný povrch ještě nanesli vrstvy oxidu titaničitého. Ten díky svému vysokému indexu lomu určuje fotonické vlastnosti mřížky. Tímto způsobem například vědci vyrobili fotonický krystal, který nepropouští UV světlo o vlnové délce přibližně 300 nanometrů, ale odráží ho. Vlnovou délku odraženého světla lze řídit pomocí tloušťky vrstvy TiO2.
Pro fotonické krystaly, které pracují v infračervené oblasti, se hodí klasické litografické techniky, ty jsou však na druhou stranu drahé. V oblasti vlnových délek viditelného a UV světla nebyly litografické metody dosud úspěšné vůbec. Naopak výrobní proces využívající samoskládání pomocí DNA by měl být relativně snadný.
Gregor Posnjak et al, Diamond-lattice photonic crystals assembled from DNA origami, Science (2024). DOI: 10.1126/science.adl2733
Zdroj: Ludwig Maximilian University, Mnichov / Phys.org, přeloženo, zkráceno