Als je colloïdale nanodraden op een speciale manier bij elkaar voegt, kun je biomimetische chiraalfotonische kristallen maken die lijken op de opperhuid van scarabeekevers, meldt een Chinees team in Angewandte Chemie.

Jiawei Iv, Zhiyong Tang en collega’s van de National Center for Nanoscience and Technology, Chinese Academy of Sciences, Beijing, kregen het daarnaast voor elkaar om een chiroptische activiteit, met een dissymmetriefactor van –1,6 te creëren, de hoogst gerapporteerde waarde voor chirale inorganische nanostructuren ooit.

Veel keversoorten hebben een mooi ontworpen schild, dat het licht op een parelmoerachtige wijze weerkaatst. Interessant is dat het exoskelet bij een groot aantal scarabeekevers selectief linksdraaiend gepolariseerd licht weerkaatst. Dat effect komt doordat de chitine nanovezels per laag parallel staan, maar iedere laag is net met de klok mee gedraaid ten opzichte van de vorige. Dit zorgt voor een soort helixachtige structuur die een steeklengte heeft die overeenkomt met zichtbaar licht met als uiteindelijk resultaat verticale eendimensionale fotonische kristallen.

De Chinese onderzoekers maakten de biomimetische chiraalfotonische kristallen door zogenaamde laag-voor-laag Langmuir-Schaefer (LS) assembly. Je creëert dan in een Langmuir-trog steeds een monolaag – in dit geval van NiMoO₄∙x H₂O nanodraden van 2 nm dun – die je langzaam samenperst zodat er een nanodraadfilm ontstaat waarvan alle draden parallel staan. De film spreidt je dan met de LS-methode op een kwartsplaatje.

De tweede laag breng je op dezelfde wijze aan, maar nu draai je het plaatje in een bepaalde hoek. Als je dit consequent met de klok mee of tegen de klok in doet, krijg je respectievelijk links- of rechtsdraaiende fotonische kristallen die ongepolariseerd licht links- of rechtsdraaiend terugkaatsen. Door het aantal lagen te variëren hebben Iv en collega’s zeven verschillende kleuren kunnen maken (zie afbeelding; dit zijn rechtsdraaiende kristallen, witte streep is 1 cm).

De verschillende kristallen hebben een chiroptische kracht (de zogenaamde g-factor) van maximaal –1,6, wat in de buurt komt van het theoretische maximum (± 2), zoals te meten is met circular dichroism-spectroscopie (CD). Zulke hoge waardes zijn essentieel voor praktische toepassingen, zoals bijvoorbeeld lasers of circulair gepolariseerde luminescentie.

Maar wat misschien nog wel het mooiste is van dit werk is dat de synthesemethode universeel is. Je kunt bijvoorbeeld ook met GdOOH-nanodraden dit soort chiraalfotonische kristallen maken; in dit geval kregen ze afstembare CD-responses in het uv-spectrum van 200 – 300 nm.

Door deze universaliteit zijn er talloze mogelijkheden, wat vervolgens een hele reeks nieuwe nanomaterialen teweeg kan brengen.