Het schild van een witte kever bood inspiratie voor een dunne, ultrawitte coating. Deze is gemaakt van cellulose, waardoor hij bruikbaar is voor producten zoals voedsel en verf.

In de natuur komen veel felle kleuren voor, bijvoorbeeld bij vlinders of pauwenveren. Zulke kleuren worden veroorzaakt door specifieke nanostructuren (lees: ‘Nanostructuur geeft bacteriën hun kleur’). Deze structuren weerkaatsen licht van specifieke golflengtes, waardoor wij ze in een bepaalde kleur waarnemen.

Veel producten zoals crèmes of verf bevatten daarentegen deeltjes zoals titaniumdioxide, die licht van alle zichtbare golflengtes ongeveer evenveel weerkaatsen; dit geeft deze producten hun witte kleur. Zulke stoffen zijn echter niet duurzaam en mogelijk slecht voor de gezondheid.

Onderzoekers van de University of Cambridge ontwikkelden daarom een gezonder en duurzamer alternatief. Hun nieuwe coating is volledig gemaakt van cellulose, een natuurlijk polymeer dat veel in planten en bomen voorkomt. Deze coating is ultrawit, eetbaar en zo’n tien keer dunner dan papier.


Keverschild

Het ontwerp van de coating is gebaseerd op het schild van een witte kever. Hierop zitten allemaal kleine schubjes, gemaakt van chitine. Deze stof vormt ook de bouwsteen voor de harde schelp van schaaldieren, en het uitwendige skelet van insecten.

‘Wit is een speciaal soort structurele kleur’, zegt Olimpia Onelli, eerste auteur van het artikel, in een persbericht van de universiteit. ‘Andere structurele kleuren – bijvoorbeeld van vlindervleugels of opaal – hebben een specifiek patroon in hun structuur, wat de felle kleur veroorzaakt. Voor een witte kleur, moet een structuur zo willekeurig mogelijk zijn.’
 

Vezels

De wetenschappers werkten samen met onderzoekers van de Aalto University of Finland om de structuur van chitine na te bootsen. Hiervoor maakten ze van dunne cellulosevezels membranen die dezelfde ultrawitte kleur hebben als de kevers. 

Om deze membranen te produceren, lossen de onderzoekers eerst de cellulosevezels op in water. Vervolgens halen ze dit mengsel door een vacuümfilter, waardoor het in een soort natte gelcake verandert. Daarna vervangen ze het water door propanol, en daarna de propanol door octaan. Als laatste laten ze de gelcake drogen, waardoor die in een vast membraan verandert.
 

Microscopisch beeld van de cellulozevezels in het membraan van bovenaf (links) en een dwarsdoorsnede (rechts). Bron: Toivonen et al., Advanced Materials 2018.


Spaghetti

‘Deze van cellulose gemaakte materialen hebben bijna een soort spaghettistructuur. Daardoor verstrooien ze licht zo goed’, zegt Silvia Vignolini, hoofd van de onderzoeksgroep, in het persbericht. Voor witte membranen gebruikten de wetenschappers dikke vezels. Met dunnere vezels waren ze ook in staat om doorzichtige membranen te maken. 

Het materiaal is mogelijk bruikbaar voor het maken van allerlei witte materialen. Cellulose is eetbaar, dus de membranen kunnen snoepjes en andere etenswaren een witte kleur geven. Daarnaast blijken de cellulosevezels ook sterk te zijn, dus misschien leiden ze in de toekomst wel tot biologisch afbreekbaar verpakkingsmateriaal.

Openingsbeeld: de witte kever en het ultrawitte membraan. Foto: Olimpia Onelli.