阿克伦，OH -在一项新的研究中，来自阿克伦大学、西北大学和根特大学的科学家们展示了一种以鸟类羽毛为灵感的生产结构颜色的可行解决方案。他们的研究结果发表在科学的进步，一个开放获取的在线期刊科学．

颜色是通过分子对光的吸收(色素色)或纳米结构对光的散射(结构色)产生的。结构色可以在没有颜料的情况下创造不褪色的颜色光谱，有可能取代有毒的金属氧化物和有机颜料。然而，也有挑战。许多传统的结构颜色是彩虹色，因此不适用于广角显示。最近的非彩虹结构色的例子已经被发现缺乏足够的颜色饱和度，在缺乏吸收材料来减少非相干散射。

具有类似于水的壳折射率(RI)的核壳纳米颗粒已被用于调整核之间的间距，以实现非彩虹色的最佳散射，但仅在溶液中。尽管自底向上和自顶向下的方法已被广泛使用，但仍需要一种可伸缩的过程来大规模生产结构颜色。

大自然提供了许多壮观的结构颜色的例子，如鸭子翅膀的羽毛和野生火鸡的羽毛。他们的早期研究揭示了黑色素的基本特性——黑色素是一种存在于皮肤、头发、眼睛和色彩鲜艳的鸟类羽毛中的天然色素——这些例子为设计用于生产明亮结构颜色的核壳合成黑色素纳米颗粒提供了生物灵感。

黑色素已经存在了数百万年。阿克伦大学的Ali Dhinojwala博士说:“黑色素是一种重要的生物材料，到目前为止在材料科学和技术应用中尚未得到充分利用。”他是高分子科学的H.A. Morton教授，也是该项目的主要研究员之一。

在这项最新的研究中，研究小组发现，当合成黑色素被包装成半有序的球形颗粒时，它们会产生结构性颜色。结构色是通过光与具有亚微米尺度图案的材料相互作用产生的，这些材料反射光使一些波长变亮，另一些波长变暗。

“我们用来制造这些粒子的化学物质是基于制造黑色素的主要成分，”Dhinojwala指出。“然后我们用非常简单的过程将这些黑色素粒子自我组装成一个结构。它类似于我们在家里看到的东西，比如把油和水混合在一起形成乳剂。这些乳液本质上允许我们将这些粒子组装成光子墨水，我们称之为光子超球。”

这些纳米颗粒是通过一锅反乳化过程自我组装的，现为博士后研究员的肖明补充道。“这导致了明亮而非彩虹色的超级球体。只要将两种成分合成黑色素和二氧化硅结合起来，我们就能产生全光谱的颜色。黑色素作为核心材料，由于其独特的高RI和光的宽带吸收结合，可以提高超球的亮度和饱和度。此外，黑色素具有生物相容性，可以在一纳秒内将近90%的紫外线辐射消散为热，使这些基于黑色素的超级球适合于化妆品或抗紫外线墨水。”

该研究团队的其他主要成员是西北大学的Nathan C. Gianneschi博士和Matthew Shawkey博士，后者曾就职于阿克伦大学，现在是比利时根特大学的生物学副教授。该团队的其他成员包括来自加州大学圣地亚哥分校、四川大学和上海交通大学的科学家。