نحوه شکل‌گیری فلس‌های بال پروانه

گروه علمی:دانشمندان با بررسی رقص پیچیده‌ای از فلس‌های پروانه‌ای در حال رشد به نتایج جالبی رسیده اند که در تولید منسوجات ضدآب کاربرد دارد.یافته‌های جدید در مورد رشد فلس‌های بال پروانه می‌تواند در طراحی مواد جدید مانند پنجره‌های رنگین کمانی یا منسوجات ضدآب به دانشمندان کمک کند. اگر بال‌های یک پروانه را برس بکشید، احتمالاً با پاشیدن ریز پودر از بین می‌رود. این غبار لپیدوپتر از فلس‌های میکروسکوپی کوچکی تشکیل شده است که صد‌ها هزار عدد از آن‌ها بال‌های یک پروانه را شکل می‌دهند. ساختار و آرایش این فلس‌ها به پروانه رنگ و درخشش خاصی می‌دهد و به محافظت از حشره در برابر عناصر کمک می‌کند. اکنون، مهندسان MIT رقص پیچیده‌ای از فلس‌های پروانه‌ای را که در طول دگردیسی شکل می‌گیرند، به تصویر کشیده اند.

نحوه شکل‌گیری فلس‌های بال پروانه
این تیم برای اولین بار به طور پیوسته رشد و مونتاژ فلس‌های بال پروانه‌ای در حال رشد را در داخل گل داوودی مشاهده کردند. با اجرای یک رویکرد تصویربرداری هوشمندانه، محققان توانستند شکل‌گیری فلس‌های بال را در نمونه‌های ونسا کاردوی مشاهده کنند. با تشکیل بال، سلول‌های روی سطح آن در ردیف‌های منظمی قرار می‌گیرند و به سرعت مقیاس‌های متناوب و شبیه به زونا ایجاد می‌کنند. با رسیدن فلس‌ها به اندازه کامل خود، نمایان شدن برجستگی‌های نازک و کنترل رنگ حشره باعث می‌شود تا باران و رطوبت را از بین ببرد.
آنتونی مک‌دوگال، دستیار پژوهشی در بخش مهندسی مکانیک MIT می‌گوید:" بال پروانه‌ها بسیاری از ویژگی‌های خود را با شکل‌دهی دقیق ساختار فلس‌ها d خود کنترل می‌کنند. این استراتژی ممکن است برای دادن رنگ و ویژگی‌های مربوط به تمیز شدن خودرو‌ها و ساختمان‌ها استفاده شود. اکنون می‌توانیم از کنترل ساختاری پروانه‌ها در طراحی این مواد پیچیده و ریز نانوساختار الگو بگیریم."

ساختار سطح مقطع بال پروانه
سطح مقطع بال پروانه داربست پیچیده‌ای از فلس‌ها و دنده‌ها را نشان می‌دهد که ساختار و آرایش اش از گونه‌ای به گونه دیگر متفاوت است. این ویژگی‌های میکروسکوپی مانند بازتابنده‌های کوچک عمل می‌کنند و نور را به اطراف می‌تابانند تا به پروانه رنگ و درخشش بدهند. برآمدگی‌های روی فلس‌های یک بال به عنوان ناودان‌ها و رادیاتور‌های مینیاتوری عمل می‌کنند، رطوبت و گرما را برای خنک و خشک نگه داشتن حشره در یک حالت قیف مانندی نگه می‌دارند. محققان سعی کرده اند از خواص نوری و ساختاری بال‌های پروانه برای طراحی سلول‌های خورشیدی، حسگر‌های نوری جدید، سطوح مقاوم در برابر حرارت و حتی ارز‌های کاغذی با الگو‌های رمزگذاری رنگین کمانی برای جلوگیری از جعل ستفاده کنند.. دانستن اینکه پروانه‌ها از چه فرآیند‌هایی برای رشد فلس‌های خود استفاده می‌کنند، می‌تواند به هدایت بیشتر این فناوری‌ها کمک کند.

این تیم کاترپیلار‌های Painted Lady را در ظروف جداگانه پرورش دادند. با محصور شدن هر کاترپیلار در گل داودی و آغاز دگردیسی آن محققان به دقت مواد نازک کاغذ را برش داده و یک مربع کوچک از کوتیکول یا پوشش بال در حال رشد را جدا و فلس‌های رشد کرده زیر آن را آشکار کردند. سپس از یک چسب زیستی برای چسباندن یک پوشش شفاف بر روی دهانه استفاده و پنجره‌ای ایجاد کردند که از طریق آن پروانه و فلس‌ها می‌توانستند به شکل‌گیری ادامه دهند.

متخصصان با استفاده از نوعی تصویربرداری به نام میکروسکوپ فاز بازتابی همبستگی لکه‌ای به جای تابش یک پرتو وسیع نور به بال که می‌تواند برای سلول‌های حساس فوتوتوکسیک باشد، از یک «میدان لکه‌دار» استفاده کردند. با اندازه گیری انعکاس هر نور کوچک به موازات هر نقطه دیگر در میدان به سرعت یک نقشه دقیق و سه بعدی از ساختار‌های بال ایجاد می‌شود. به گفته محققان یک میدان خالدار مانند هزاران کرم شب تاب است که میدانی از نقاط روشنایی ایجاد می‌کنند. با استفاده از این روش، آن‌ها می‌توانند نوری را که از لایه‌های مختلف می‌آید، جدا کرده و اطلاعات را برای نقشه‌برداری کارآمد یک ساختار به صورت سه‌بعدی بازسازی کنند.

این تیم در تجسم‌های خود از بال پروانه در حال رشد، شکل‌گیری ویژگی‌های بسیار دقیق از مقیاس‌های میکرومتری گرفته تا برآمدگی‌های حتی ظریف‌تر و بلندتر از حد نانومتر را در مقیاس‌های فردی تماشا کردند. آن‌ها متوجه شدند که در عرض چند روز، سلول‌ها به سرعت در ردیف‌هایی قرار گرفتند و کمی بعد در یک الگوی متناوب از فلس‌های پوششی (آن‌هایی که روی بال قرار دارند) و فلس‌های زمینی (آن‌هایی که در زیر قرار گرفته‌اند) متمایز شدند. جالب اینجاست که این تیم دریافتند که برآمدگی‌های روی فلس‌ها به شکل غیرمنتظره‌ای شکل می‌گیرند. دانشمندان تصور می‌کردند که این شیار‌ها نتیجه فشرده سازی با رشد فلس ها است.