Az MTA Energiatudományi Kutatóközpont munkatársai rájöttek, hogy a lepkeszárnyak irizáló színjátékáért felelős nanocsempék az illékony káros anyagok kimutatásában is jeleskednek.

Felfedezésük utat nyithat olyan mikroszenzorok fejlesztése felé, melyek akár mobiltelefonjainkba is beépíthetők lehetnek. A levegő minőségének meghatározása kül- és beltérben egyaránt egyre fontosabbá válik. Ugyanakkor az is nagyon lényeges, hogy milyen szennyező anyagok, például az illékony szerves anyagok gőzei szennyezik a belélegzett levegőt. Asztali készülékek már régóta rendelkezésre állnak ilyen analitikai feladatok ellátására, de azok nem „zsebre tehetők”.

Az ideális kémiai szenzor olcsó, hordozható, kis energiafogyasztású, megbízható, azonnali, anyagszelektív és jól kiolvasható választ ad a környezeti levegő körülményei között is.

Ilyen lehetne például egy mobiltelefonba integrálható érzékelő.

A mobiltelefonban már adott a hangolható fényforrás (a képernyő), adott a fényérzékelő (a kamera), szükség lenne még egy optikai úton kiolvasható és kémiailag szelektív érzékelőre. Pontosan ilyen anyagok kutatásával foglalkozik az MTA EK MFA Nanoszerkezetek Osztályán Kertész Krisztián és Piszter Gábor. Külön érdekessége a kutatásnak, hogy a kémiailag szelektív szenzor nem egy bonyolult előállítási folyamat végterméke, hanem lepkék szárnyán képződik.

Egyes lepkék szárnyainak színét nem festékek adják, hanem kitinből és levegőből felépülő nanoarchitektúrák. Ezeket úgy lehet elképzelni, mint az emberi hajszálnál mintegy ezerszer kisebb szemekből álló háromdimenziós „csipkét”. A pikkelyekben előforduló fotonikus nanoarchitektúra úgy hozza létre a színt, hogy szerkezetéből adódóan bizonyos hullámhosszúságú fény nem tud terjedni ebben a háromdimenziós csipkében. Ezért visszaverődik róla. Hogy pontosan milyen színű fény verődik vissza a pikkelyekről azt a csipke szerkezetét jellemző méretek szabják meg. Ezt egészíti ki a kitin – a csipkét alkotó anyag – és a levegő optikai tulajdonságainak különbsége. Ezt a különbséget törésmutató kontrasztnak nevezik.

Éppen ezért, ennek a csipkének az a különleges tulajdonsága van, hogy különböző illó anyagok gőzeinek hatására anyagra jellemző módon változtatja meg a színét. Ez annak tulajdonítható, hogy a csipke parányi üregei arra késztetik a gőzöket, hogy cseppfolyóssá alakuljanak bennük, és így megváltozik a fent említett törésmutató kontraszt.

A kutatók megállapították, hogy az egyes fajok kékje nemcsak jellemző az illető fajra, de nagyfokú állandóságot mutat térben és időben. 

Az MFA kutatói elsőként igazolták, hogy a kémiai érzékeléshez nincs szükség egy egész szárnyra, elégséges egyetlen pikkely is. A pikkelyek áteresztett fényben sárgának látszanak, mert a kék fény (a 450 nm körüli tartomány) nem tud áthatolni a pikkelyeken, visszaverődik róluk.

Egy lepkeszárnyak pikkelyei jellemzően 100 mikron hosszú, mintegy 50 mikron széles (ennyi az emberi hajszál vastagsága), és mindössze egyetlen mikron vastagságú. Ezért kiválóan alkalmas lehet mikroszkopikus méretű szenzorok építésére.