I brochosomi sono particelle nanoscopiche prodotte dai cicadellidi, insetti comuni nei nostri giardini. Queste particelle hanno una forma sferica simile a quella di un pallone da calcio, con dei fori distribuiti sulla superficie. La loro funzione per gli insetti è stata a lungo un mistero per gli scienziati, ma una recente ricerca condotta dall’Università di Penn State ha svelato il loro segreto.
Gli scienziati hanno scoperto che i fori presenti sui brochosomi giocano un ruolo fondamentale nel ridurre la riflessione della luce. Questo è il primo esempio biologico che mostra una funzionalità antiriflesso per lunghezze d’onda corte, resa possibile proprio da queste strutture cave e forate. La scoperta potrebbe avere importanti applicazioni tecnologiche, come la creazione di materiali ottici bioispirati, dispositivi di occultamento invisibili o rivestimenti per la raccolta più efficiente dell’energia solare.
Il team di ricerca, guidato dal professor Tak-Sing Wong, è stato il primo a replicare con precisione la geometria complessa dei brochosomi, creando una versione sintetica di queste particelle. Utilizzando una tecnica di stampa 3D ad alta tecnologia, sono riusciti a produrre particelle che possono ridurre la riflessione della luce fino al 94%. Questo risultato apre la strada a nuove possibilità per l’utilizzo dei brochosomi sintetici in vari campi.
La scoperta dei brochosomi e la loro capacità di assorbire la luce ultravioletta e di disperdere la luce visibile potrebbero portare a una serie di applicazioni pratiche. I brochosomi sintetici potrebbero essere utilizzati per creare sistemi di raccolta dell’energia solare più efficienti, rivestimenti che proteggono i farmaci dai danni causati dalla luce, creme solari avanzate per una migliore protezione della pelle e persino dispositivi di occultamento.
La dimensione dei fori nei brochosomi è estremamente importante. La loro grandezza è consistente tra le diverse specie di cicadellidi, indipendentemente dalle dimensioni del corpo dell’insetto. I brochosomi hanno un diametro di circa 600 nanometri, mentre i fori sono di circa 200 nanometri. Questa dimensione è perfetta per assorbire la luce alla frequenza ultravioletta, suggerendo che la loro funzione principale potrebbe essere quella di un mantello antiriflesso per evitare i predatori.
Per testare le potenziali applicazioni, il team di ricerca ha dovuto prima creare brochosomi sintetici, una sfida non da poco. Nel loro studio del 2017, hanno imitato alcune caratteristiche dei brochosomi, in particolare le fossette e la loro distribuzione, utilizzando materiali sintetici. Ciò ha permesso loro di iniziare a comprendere le proprietà ottiche. Tuttavia, solo ora sono stati in grado di creare una replica esatta della geometria naturale dei brochosomi, utilizzando tecnologie avanzate di stampa 3D.
I ricercatori hanno stampato una versione ingrandita di 20.000 nanometri, circa un quinto del diametro di un capello umano. Hanno replicato con precisione la forma e la morfologia, così come il numero e la disposizione dei pori, per produrre brochosomi sintetici ancora piccoli ma abbastanza grandi da poter essere caratterizzati otticamente.
I ricercatori prevedono di migliorare la fabbricazione dei brochosomi sintetici per consentire una produzione più vicina alle dimensioni dei brochosomi naturali. Esploreranno inoltre ulteriori applicazioni per i brochosomi sintetici, come la crittografia delle informazioni, dove strutture simili ai brochosomi potrebbero essere utilizzate come parte di un sistema di crittografia in cui i dati sono visibili solo sotto determinate lunghezze d’onda della luce.
Il lavoro sui brochosomi dimostra il valore di un approccio di ricerca biomimetico, in cui gli scienziati si ispirano alla natura per sviluppare nuovi materiali avanzati. “La natura è stata un’ottima insegnante per gli scienziati nello sviluppo di materiali avanzati”, ha affermato Lin Wang, autore principale dello studio. “In questo studio, ci siamo concentrati su una sola specie di insetto, ma ci sono molti altri insetti incredibili là fuori che aspettano di essere studiati dai scienziati dei materiali, e potrebbero aiutarci a risolvere vari problemi ingegneristici. Non sono solo insetti; sono ispirazioni”.
