Sihirli mavi: Araştırmacılar kafatasından parlayan boyalar geliştirdiler

Mavi rengi Mısırlılar icat etti. Bu, antik mavi cam boncuklardan anlaşılıyor. Bunlar MÖ 3300 ila 3500'e tarihlenen bir mezarda bulundu. Daha sonra, pigment hiyerogliflerde de bulundu: Bunlar örneğin Sakkara'daki Unas Piramidi'ne oyulmuş ve pigmentle doldurulmuştu. Firavunların görünüşe göre sözde "Mısır mavisi"ne karşı doymak bilmez bir talebi vardı. Tahminlere göre, tek bir tapınağı dekore etmek için yaklaşık 1,4 tona ihtiyaçları vardı.

Antik Romalılar pigmente Latince'de "gökyüzünün rengi" anlamına gelen "caeruleum" adını vermişlerdir. Üretimine dair en eski kayıtlı tarif Vitruvius adlı bir mimara aittir. Çağımızın başlangıcından yaklaşık 30 yıl önce kaydetmiştir: "Kum ve tuz o kadar ince öğütülür ki un benzeri bir ürün oluşur. Bakır, talaş gibi kaba törpülerle karışımın üzerine sürülür."

Daha sonra, toplar elle şekillendirilmeli ve sıcak bir fırında toprak kaplara yerleştirilmeliydi. "Bakır ve kum [. . .] ateşin yoğunluğu altında birleşir birleşmez, birbirlerinin terini emerler," diye devam etti Vitruvius. "Böylece, önceki özelliklerini kaybederler ve mavi bir renk alırlar."

Bu muazzam çaba olmadan mavi elde edilemezdi. Gökyüzü renkli pigment, fresklere ve mozaiklere, Lascaux veya Altamira mağara duvarlarındaki erken Taş Çağı resimlerinde boşuna arayacağınız parlak mavi tonlar veriyordu. O zamanlar, insanlar ellerinde olanla yetinmek zorundaydı: aşı boyası ve kömür. Mavi boyalar bunların arasında değildi, çünkü nadirdirler.

Bunun nedeni, pigmentin mavi ışığı yansıtması ve aynı anda kırmızı ışığı emmesi gerektiğidir. Ancak, kırmızı ışınlar görünür spektrumdaki en uzun dalga boylu ışınlardır ve bu nedenle en düşük enerjiye sahiptirler. ETH Zürih'ten Robert Nissler, "Bu tür ışınları emmek için özel elektron geçişlerine sahip moleküller gerekir" diyor. Mısır mavisi ve diğer mavi veya mor mineral pigmentlerinde, bakır iyonları bu görevi yerine getirir. Nissler, "Bunlar kristal kafesteki ışık merkezleridir" diyor.

Nanobilimci, Zürih Üniversitesi, Empa ve Almanya'daki meslektaşlarıyla birlikte, temelde yeni renk pigmentleri yaratmak için karmaşık bir üretim süreci geliştirdi. Yeni mavi, felç araştırmalarında ve yedek eklemlerin dayanıklılığının izlenmesinde önemli bir rol oynama potansiyeline sahip. Araştırmacılar rapor ediyor. «Advanced Materials » adlı uzman dergisinde .

Ancak, bu mavi renk hakkında sadece marjinal olarak. İlgi alanları, arkeologların yaklaşık 30 yıl önce ilk kez fark ettiği başka bir yöne odaklanıyor: Mısır mavisi yalnızca kırmızı ışığı emmekle kalmıyor, aynı zamanda görünmez kızılötesi aralıkta yakalanan enerjinin önemli bir kısmını yeniden yayıyor. Antik Çin'den kimyasal olarak yakından ilişkili olan "Han Mavisi" de bu özelliğe sahip. Bu, antik boyaların parladığı anlamına geliyor.

Bu, kızılötesi radyasyonu görünür hale getiren aletlerle tespit edilmelerini kolaylaştırır - değerli antik buluntulara zarar vermeden. Araştırmacılar makalelerinde bunları "optik olarak aktif" moleküller olarak tanımlıyor. Nissler, "Kızılötesi radyasyon, bu boyaları bu kadar özel ve eşsiz kılan şeydir" diyor.

Işık ve madde arasındaki arayüzde, bakır iyonlarının ortamındaki en ufak değişimler bile mavi tonu ve kızılötesi parıltıyı etkiler. Örneğin, biraz daha açık olan Mısır Mavisi ek kalsiyum iyonları içerirken, biraz daha mor olan Han Mavisi biraz daha büyük olan baryum iyonları içerir ve böylece kristal kafesini biraz bozar.

Yeni renk pigmentlerini üretmek için uzmanlar şunları kullandı: sadece yirmi yıldır var olan bir sürece. Yöntem son derece modern olmasına rağmen, gerçek bir simyasal renk oyunu gibi görünüyor: Sözde alev sentezinde, yeşil sular mavi veya mor toza dönüştürülüyor.

İlk adımda araştırmacılar kalsiyum, baryum veya stronsiyum gibi alkali toprak metallerini organik çözücülerde çözüyorlar. Daha sonra bu yeşil sıvıları birkaç bin dereceye kadar ısıtılmış bir aleve enjekte ediyorlar . Bu ısıda çözücüler anında buharlaşıyor.

Geriye kalanlar, alev üzerindeki filtrede bir araya gelerek minik, mavi-yeşil tanecikler oluşturan alkali toprak metalleridir. Yaklaşık 30 nanometre boyutundaki bu kümeler daha sonra yaklaşık 1.000 santigrat dereceye kadar ısıtılmış bir fırına on dakika boyunca yerleştirilir ve burada mineraller oluşur ve kristalin, mavi veya mor pigmentler ortaya çıkar.

Geleneksel üretim süreçlerinin aksine, alev sentezi pigmentteki çeşitli alkali toprak metallerinin neredeyse keyfi bir şekilde birleştirilmesine olanak tanır, diye açıklıyor Nissler. Araştırmacılar bu şekilde düzinelerce yeni boya ürettiler. Nanobilimci, en sevdiği tonun - "özellikle yoğun koyu mavi" - eşit miktarda baryum ve stronsiyumun birleştirilmesiyle yaratıldığını söylüyor.

Uzmanlar araştırmalarında üretim sürecini daha da değiştirdiler ve örneğin fırın sıcaklığının ve fırında geçirilen zamanın ortaya çıkan pigment kristallerinin rengini belirlediğini keşfettiler. Pigmentlerin kızılötesi aralıkta parladığı frekanslar da bu parametrelere bağlıdır.

Kızılötesi ışığın dalga boyu ne kadar parlak ve uzunsa o kadar iyidir. Bunun nedeni, yaklaşık 1000 nanometrelik bir dalga boyundan başlayarak, sözde bir şeffaflık penceresinin açılmasıdır: Bu dalga boyundaki radyasyon, kırmızı hemoglobin veya su tarafından emilmeden biyolojik dokuya nüfuz eder. Bu, vücudun diğer ucunda kesilmesine ve görüntüleme için kullanılmasına olanak tanır.

Aslında uzmanlar "ultra parlak" pigmentler üreten ve tam olarak istenilen dalga boyunda parlayan üç metalin bir karışımını keşfettiler. "Yeni yöntemi kullanarak, şu anda mevcut pigmentlerden on kat daha parlak parlayan bir malzeme ürettik," diyor Nissler.

Araştırmacılar yeni materyalin bir tür kontrast madde olarak kullanılabileceğine ikna oldular. Pigmentleri suda eritip farelerin kanına enjekte ettiler. Boya farelerin sağlam kafataslarından parladı. Kızılötesi kameralar kullanarak araştırmacılar sadece beyindeki kan damarlarının tam olarak nerede olduğunu değil, aynı zamanda kanın bu damarlardan ne kadar hızlı aktığını da gözlemleyebildiler.

Nissler, bu tür bilgilerin felç araştırmaları için önemli olduğunu açıklıyor. Bir pıhtı çözüldüğünde ve böylece tıkayıcı tıkaç kaldırıldığında kan akışının ne kadar çabuk normale döndüğü hakkında bilgi sağlayabilir. Nissler'in aklında başka bir olası uygulama daha var. Parçacıklar, örneğin, seramik kalça veya diz protezlerine eklenebilir. Küçük parçacıklar aşınma nedeniyle protezden ayrılırsa, cerrahlar kızılötesi kameralar kullanarak bunları kolayca tespit edip çıkarabilir.

Bu seçenekler hala çok uzakta. Şimdilik, uzmanlar - Empa'da nanotoksisite üzerinde çalışan bir grupla birlikte - parlak mavi pigmentlerin ne kadar toksik olduğunu test etmek istiyor. Mısır mavisinin daha fazla geliştirilmesinin sağlık sıkıntısı çeken insanlara yardımcı olabilmesi muhtemelen biraz zaman alacak. Ancak 5.000 yıldan fazla bir süre sonra, bu bekleyiş özellikle önemli değil.

« NZZ am Sonntag »'dan bir makale