Nanostrutture della farfalla Morpho Portis

La Morpho Portis è una farfalla neotropicale. Si trova in Brasile, Uruguay, Venezuela, Colombia, Perù e Paraguay. Dorsalmente è per lo più celeste brillante, con margine nero a bande o a macchie e su questo una macchia bianca nella parte centrale del margine anteriore e macchie diffuse dello stesso colore nel settore esterno. Ventralmente, su uno sfondo marrone-castano marmorizzato, presenta file di ocelli, linee e segni di un disegno criptoide.

Questa specifica Morpho Portis, proveniente dal Perù, è una creatura maestosa, riconoscibile per il suo colore blu brillante, come si può vedere nella Figura 1. Questa colore è dovuto a nanostrutture uniche sulla superficie delle ali, composte da scaglie microscopiche disposte in modo altamente uniforme che vengono utilizzate per la creazione di una struttura di protezione.

Queste nanostrutture, composte da microscopiche scaglie disposte in uno schema altamente specializzato, interagiscono con la luce per produrre la tonalità blu iridescente della farfalla attraverso un fenomeno noto come colorazione strutturale. Il SEM da banco Semplor NANOS ci permette di studiare questi intricati schemi superficiali ad alta risoluzione, rivelando l’architettura dettagliata che sta alla base della straordinaria colorazione della farfalla.

La parte posteriore dell’ala della farfalla Morpho Portis ha un colore marrone, come si può vedere nella Figura 2, con disegni composti da linee, ocelli e motivi criptoidi.

Il lato posteriore dell’ala è stato rivestito con uno strato d’oro di 5 nm ed è stato fotografato in modalità alto vuoto. L’imaging al SEM rivela che le scaglie di colore marrone hanno piccoli fori nella loro struttura (Figure 3 e 4) e sono prive di nanostrutture.

Il lato anteriore dell’ala non è stato rivestito ed è stato ripreso con la modalità basso vuoto del NANOS. La modalità basso vuoto permette di ottenere immagini di campioni non conduttivi senza ricorrere a tecniche di coating con particelle conduttive, diminuendo notevolmente lo stress sul campione e preservando l’integrità delle strutture più delicate tipiche dei campioni biologici.
Il lato anteriore dell’ala di Morpho portis presenta una morfologia diversa (Figura 5), come si può vedere nelle immagini al SEM delle scaglie blu, con evidenti nanostrutture somiglianti a creste. Misurando la larghezza di queste “creste” si scopre che hanno una larghezza paragonabile alla lunghezza d’onda della luce gialla, come si può vedere nella Figura 6 (la luce gialla ha una lunghezza d’onda compresa tra 575 e 585 nm). Per capire perché la farfalla appare blu, si può dire che la luce bianca (quella che ci circonda) meno la luce gialla è uguale alla luce blu. Queste creste eliminano il giallo dalla luce bianca e fanno apparire l’ala blu. Quando le creste si riempiono di isopropanolo, l’ala perde la sua irradiazione. In conclusione, la farfalla utilizza la nanotecnologia per cambiare le caratteristiche della luce riflessa dalle sue ali e produrre il suo caratteristico colore.

Questa interazione con la luce non è solo una questione di bellezza, ma ha suscitato l’interesse di ricercatori di vari settori, che cercano di comprendere e replicare questi disegni naturali per applicazioni tecnologiche avanzate. L’imitazione di strutture e nanostrutture naturali per applicazioni tecnologiche artificiali è detta “biomimesi” ed è un campo molto all’avanguardia nella ricerca, soprattutto per le nanotecnologie.

Queste applicazioni tecnologiche includono, ad esempio, lo sviluppo di dispositivi ottici avanzati, come filtri colorati e misure anticontraffazione in banconote e documenti, creando materiali che possono cambiare colore a seconda dell’angolo di osservazione o della sorgente luminosa, migliorando la sicurezza e l’autenticità. Inoltre, le strutture superficiali uniche hanno ispirato la creazione di rivestimenti non riflettenti ad alte prestazioni utilizzati nei pannelli solari, che migliorano la loro efficienza riducendo al minimo la riflessione della luce.