Structure

NanoCell2SEC aims to provide a platform of optical security solutions based in mesostructured materials from cellulose nanocrystals (CNC) and cellulose derivatives composites that present structural color, iridescence and allow the modulation of light reflectivity. These cellulosic systems will self-assemble in a cholesteric liquid crystalline phase (like a helix) that selectively reflects the wavelength of light equivalent to the length of this mesogen. If the latter is of the order of a few hundred nanometers a strong coloration, that changes according to the view angle, can be obtained. Active components (as photo-active agents) will also be added to the composite systems enabling their use as covert systems, owing to the fact that they react to external stimuli (e.g. ultraviolet light). The control of the cholesteric auto- organization at the nanoscale, by changing the composition or other properties of the composite system, leading to the production of solutions with different optical properties, which can be imprinted in in different matrices through diverse printing techniques. The security elements developed will provide optical responses that at the overt level can be quickly checked, and at the covert level will require a low energy consumption and are beyond the immediate threat of current counterfeiting trends.

These sustainable and high-added value bioproducts are ideal tools to be integrated in new and innovate anti- counterfeiting systems under great demand to fight the current counterfeiting trends. It can be set as practical solutions, with specific capabilities and benefits, very useful for both industry and end-users, with a high potential to foster a more secure society.

The originality and innovation of this project arises from:
- the use of structurally colored, iridescent composite materials derived from cellulose as an optical variable devices (OVD);- the creation innovative solutions bio-inspired in the optical response of natural specimens;- the characterization of the mechanisms originating optical responses in nature and the production of similar structures at the nanoscale; - the broad application range of the developed products, i.e., different customizable solutions for specific market segments and sector of activity (bank, security documents, health, food, textile, among others); - the possibility of imprinting with diverse systems, as inkjet printing, screen-printing or stamping in different matrices (as paper, plastic, wood, textile); - the reduction of the carbon foot-print as these technologies are non-fuel based, promoting bioeconomics and market expansion for biologic-based products.

This project will create an exhibit and a book, to communicate, to the general public the science behind color in insects as well as the knowledge and products developed in this project, developed through biomimetic and bioinspiration. This project will be developed by a highly motivated team of young researchers.


O projeto NanoCell2SEC visa desenvolver uma plataforma de soluções de elementos óticos para segurança utilizando materiais mesoestruturados de compósitos de celulose nanocristalina e derivados de celulose que apresentam cor estrutural, iridescência e permitem controlar a reflexão de luz incidente. Derivam da auto-organização em fase líquido-cristalina (LC) colestérica (semelhante a uma hélice) que reflete seletivamente o comprimento de onda equivalente ao comprimento da mesofase. Se este último é da ordem da centena de nanômetros obtém-se uma forte coloração que varia consoante o ângulo de visão. Aos compósitos serão adicionados elementos ativos (agentes foto-ativos) que ampliarão o uso destas estruturas a sistemas ocultos, ou seja, que reagem a estímulos externos (exemplo luz ultravioleta). O controlo da auto-organização colestérica destes compósitos à nanoescala, por manipulação da composição ou outras propriedades do sistema compósito permite obter soluções com diferentes propriedades óticas, que serão fixadas em diferentes matrizes por técnicas de impressão várias.

Estes bioprodutos, sustentáveis e de alto valor acrescentado apresentam-se como ferramentas ideais a serem integrados em novos e inovadores sistemas de anti-falsificação, necessários ao combate da crescente atividade de falsificação. Promovem o desenvolvimento de soluções práticas, transversais e com elevado impacto em sociedades que se desejam mais seguras.

A originalidade e os aspetos inovadores deste projeto de investigação advêm:
-do uso de materiais compósitos de base celulosica com cor estrutural e iridescentes como elemento oticamente variável (EOV);
- de soluções inovadores inspiradas na resposta ótica de espécimes naturais;
- da caracterização dos mecanismos que originam as propriedades óticas de espécimes naturais e dos compósitos produzidos e relacioná-lo com a estrutura observada à nanoescala;
-da ampla gama de possíveis aplicações, isto é, serão preparadas diferentes soluções ajustáveis às necessidades de determinado segmento. A especificação de cada solução está inerente ao sector de atividade (bancário, documentos de segurança, saúde, alimentar, têxtil, entre outros) em que será aplicado;
- da possibilidade de estampagem por múltiplos sistemas, como a impressão a de jato de tinta, impressão em pasta ou estampagem do formulado em diferentes suportes (tal como papel, plástico, madeira, tecido);
- da redução do consumo energético e minimização da pegada de carbono dado que são produtos não derivados do petróleo, apoiando a bioeconomia e o desenvolvimento do mercado de produtos de base biológica.
Este projeto irá culminar no desenvolvimento de uma exposição e livro sobre a cor em insetos, visando comunicar ao público a ciência por trás da cor em insetos e os resultados e aplicações obtidas neste projeto através do biomimetismo e bioinspiração para produção de novos materiais. Uma equipa motivada de investigadores jovens está na base deste projeto.