Optische nanostructuren zijn sterk georganiseerde composieten van materialen met verschillende brekingsindices (bijv. Keratine, melanine en lucht) die een aantal van de helderste kleuren in de natuur produceren door coherente lichtverstrooiing. Hoe deze weefsels zichzelf op nanometerschaal organiseren om kleuren te produceren, wordt slecht begrepen, ondanks het fundamentele belang ervan voor ontwikkelings- en evolutionaire biologie en het potentieel om vooruitgang te veroorzaken in het biomimetische ontwerp en de "groene" commerciële productie van zelfassemblerende optische materialen.

We stellen daarom voor om zowel transcriptomische, röntgenverstrooiing als op microscopie gebaseerde hulpmiddelen voor ontwikkelingsbiologie te gebruiken om de mechanismen te verduidelijken waarmee deze nanostructuren zichzelf assembleren in een submonster van vogels (klasse Aves), een groep met ongelooflijk diverse structurele kleuren en mechanismen . Onze werkhypothese is dat iriserende kleuren ontstaan ​​door uitputting-aantrekking, fasescheiding en andere zelfassemblagemechanismen. Omdat de meeste ontwikkelingsbiologie op grotere schaal wordt gedaan, zal het testen van deze hypothesen het gebruik en de ontwikkeling vereisen van methoden zoals natte cel TEM en in situ laserdiffractieanalyse om veranderingen op nanometerschaal in het ontwikkelweefsel adequaat op te lossen. Vervolgens zullen we deze voorgestelde mechanismen testen met behulp van biomimetische benaderingen die natuurlijke omstandigheden zo dicht mogelijk nabootsen (bijv. Bij kamertemperatuur, bij biologische pH) met natuurlijke of halfnatuurlijke materialen. Door optische technieken te gebruiken, waaronder spectrofotometrie met hoekopgeloste eigenschappen en microspectrofotometrie, kunnen we deze eigenschappen vergelijken tussen de natuurlijke en synthetische versies. Deze aanpak stelt ons in staat om niet alleen experimenteel ontwikkelingsmodi te testen, maar ook nieuwe materialen en / of processen te genereren en testen om ze te produceren.

Dit voorstel heeft drie zeer innovatieve aspecten. Ten eerste probeert het de ontwikkelingsroutes te ontsluiten die nanogestructureerde weefsels produceren. Dit is een al lang bestaande vraag met tot nu toe weinig antwoorden. Ten tweede gebruikt het biomimicry op nieuwe manieren om ontwikkelingshypothesen te testen en verlegt het de technische grenzen van ontwikkelingsbiologie door zich te concentreren op de organisatie van weefsels op nanometerschaal. Ten slotte is het gebruik van biologisch realistische chemie in onze biomimetische benaderingen een enorme sprong voorwaarts op dit gebied waar het meeste werk wordt gedaan bij hoge temperaturen of met niet-biocompatibele materialen. Dit werk zal daarom zowel ons fundamentele begrip van deze materialen als de instrumenten om ze en andere nanoschaalmaterialen te bestuderen aanzienlijk verbeteren.