Технології
Технології

Інженери створили їстівну голограму з кукурудзяного сиропу з ваніллю

Дослідники розробили лазерний метод створення голографічних зображень за допомогою оптичних властивостей цукрової дифракційної решітки, а саме — кукурудзяного сиропу. Процесом створення голограми можна керувати, змінюючи кількість цукру, а самі зображення можна використовувати для маркування продуктів харчування або як прикрасу. Стаття про їстівні голограми опублікована у журналі ACS Nano.

ACS Nano, 2021

ACS Nano, 2021

Навіщо вченим їстівна голограма?

Об’ємні зображення, голограми, отримують, складаючи дві хвилі. В оптичній голографії такими хвилями виступають промені світла. Так виникає інтерференційна картина, де інтенсивність світла не просто сумується, а і залежно від різниці фаз хвиль, може посилюватися або послаблюватися в окремих точках (інтерференційний максимум та мінімум). На основі цієї властивості хвиль і працює голографія, де один з лазерних променів відбивається від предмета, а інший за різницею фаз, відновлює нанесене зображення. Однією з багатьох переваг технології вважається її відносна захищеність від пошкодження: навіть якщо пошкодити фотопластину, на яку нанесене зображення, ви все одно не втратите його. Так, ви втратите чіткість та кількість можливих ракурсів, однак саме зображення не втратиться завдяки тому, що голограма зберігає інформацію про всі зняті об'єкти по всій поверхні датчика.

Але ця її особливість вимагає не лише потужного джерела світла, а і може бути зафіксована лише за допомогою матеріалів з високою роздільною здатністю, які зазвичай мають низьку світлочутливість, вимагаючи довгих витримок. Тому пряме нанесення голограм на матеріал обмежується його властивостями, що вкрай ускладнює процес. Через це голографія так і не може вийти за межі лабораторій і знайти більше практичних застосувань. Втім, вчених це не зупиняє, а тому вони знаходять різні можливості застосування цієї технології. Так наприклад, нещодавно зображення котика вдалося отримати за допомогою заплутаних фотонів. Цього разу голографія дісталася і харчовій промисловості. Крім можливості прикрашати продукти тривимірними зображеннями, їстівні голограми можуть зменшити, наприклад, потреби в упакуванні, оскільки інформацію про харчову цінність, строк придатності та склад можна надрукувати безпосередньо на продукті.

Як цукор може стати у нагоді?

Звичайний цукор складається в основному з сахарози та природним чином синтезується в усіх фруктах та овочах. Зокрема використаний у роботі кукурудзяний сироп виготовляється з кукурудзяного крохмалю. Цукор є основним проміжним продуктом фотосинтезу, а у твердому стані кристалізується і може використовуватися як світлочутливий матеріал для формування диференційних картин, завдяки виникненню різниці електронної щільності. Тобто завдяки наявності гідроксильних груп у сахарозі, можна випромінюванням сформувати зони з різною щільністю електронних зарядів. Фотоматеріал з цукру має достатню роздільну здатність для створення дифракційних решіток, де інтерференційні максимуми та мінімуми розташовані паралельно, і вчені спокійно можуть змінювати їхні параметри під випромінюванням та створювати голограми.

Як приготувати цукрову голограму?

У своїй роботі дослідники використали розчин з кукурудзяного сиропу, ванілі і води та висушили його до утворення тонкої плівки. Ванільний екстракт забезпечив твердість пластинкам. Цю плівку вчені покрили тонким шаром нетоксичного чорного барвника, який мав би посилити вплив лазера та сприяти утворенню дифракційної структури. Для створення голограми вони обрали спосіб, подібний до схеми запису Денисюка — пряму лазерну інтерференцію (direct laser interference patterning , DLIP), яка не вимагає створення попередніх шаблонів. Таким чином крізь цукрову пластинку пропустили лазерний промінь з довжиною хвилі 1050 нанометрів (опорна хвиля), який відбився від дзеркала та утворив об'єктну хвилю. Голограми, створені подібним способом мають перевагу, оскільки зображення можна буде побачити не лише посвітивши на неї хвилею тієї ж довжини, що і опорна, а і під світлом сонця або лампи.

Під впливом світла утворена структура розсіювала світло у вигляді райдужного візерунка, при цьому різні кольори з'являлися під різними кутами огляду. А інтенсивність і діапазон кольорів можна змінювати або варіюючи період максимумів та мінімумів, або змінюючи вміст цукру у плівці. Збільшення концентрації цукру (від 25 до 175 міліграмів) у сиропі, збільшувало дифракційну ефективність утворених голограм. Однак, у своїй роботі вчені все ж використовували синтетичний барвник, який для того, щоб впровадити технологію у харчову промисловість, необхідно замінити на харчовий.