Forskare har utvecklat en supertunn, giftfri, lättvikt, ätbar ultravit beläggning som kan användas för att göra ljusare färger och beläggningar, för användning i kosmetika, livsmedels- eller läkemedelsindustrin.

Materialet – som är 20 gånger vitare än papper – är tillverkat av giftfri cellulosa och uppnår en sådan ljus vithet genom att efterlikna strukturen hos de ultratunna fjällen hos vissa typer av skalbaggar. Resultaten redovisas i tidskriften Avancerade material .

Ljusa färger produceras vanligtvis med pigment, som absorberar vissa våglängder av ljus och reflekterar andra, som våra ögon då uppfattar som färg.

För att framstå som vit, dock, alla ljusets våglängder måste reflekteras med samma effektivitet. De flesta kommersiellt tillgängliga vita produkterna - som solkrämer, kosmetika och färger - innehåller mycket refraktiva partiklar (vanligtvis titandioxid eller zinkoxid) för att reflektera ljus effektivt. Dessa material, även om det anses säkert, inte är helt hållbara eller biokompatibla.

I naturen, skalbaggen Cyphochilus, som är hemma i Sydostasien, producerar sin ultravita färg inte genom pigment, men genom att utnyttja geometrin hos ett tätt nätverk av kitin - en molekyl som också finns i skalen på blötdjur, insekters exoskelett och svampars cellväggar. Kitin har en struktur som sprider ljus extremt effektivt - vilket resulterar i ultravita beläggningar som är mycket tunna och lätta.

"Vit är en mycket speciell typ av strukturfärg, " sa tidningsmedförfattaren Dr Olimpia Onelli, från Cambridges Department of Chemistry. "Andra typer av strukturell färg - till exempel fjärilsvingar eller opaler - har ett specifikt mönster i sin struktur som resulterar i livfulla färger, men att producera vitt, strukturen måste vara så slumpmässig som möjligt."

Cambridge-teamet, arbetar med forskare från Aalto-universitetet i Finland, efterliknade strukturen av kitin med hjälp av cellulosa, som är giftfritt, riklig, stark och biokompatibel. Använda små strängar av cellulosa, eller cellulosa nanofibriller, de kunde uppnå samma ultravita effekt i ett flexibelt membran.

Genom att använda en kombination av nanofibriller med olika diametrar, forskarna kunde justera opaciteten, och därför vitheten, av slutmaterialet. Membranen gjorda av de tunnaste fibrerna var mer genomskinliga, medan tillsats av medium och tjocka fibrer resulterade i ett mer ogenomskinligt membran. På det här sättet, forskarna kunde finjustera nanofibrillernas geometri så att de reflekterade mest ljus.

"Dessa cellulosabaserade material har en struktur som nästan är som spagetti, det är så de kan sprida ljus så bra, " sa seniorförfattaren Dr Silvia Vignolini, också från Cambridges Department of Chemistry. "Vi måste få blandningen helt rätt:vi vill inte att den ska vara för enhetlig, och vi vill inte att det ska kollapsa."

Som skalbaggfjällen, cellulosamembranen är extremt tunna:bara några miljondelar av en meter tjocka, även om forskarna säger att även tunnare membran skulle kunna produceras genom att ytterligare optimera deras tillverkningsprocess. Membranen sprider ljus 20 till 30 gånger mer effektivt än papper, och skulle kunna användas för att producera nästa generations effektiva ljusa hållbara och biokompatibla vita material.