Перья павлина вызывают восхищение своими яркими радужными цветами, но, оказывается, они также могут излучать лазерный свет при многократном окрашивании, говорится в работе, опубликованной в журнале Scientific Reports. По мнению авторов, это первый пример биолазерной полости в животном мире.

Как сообщалось ранее, яркие радужные цвета в таких вещах, как павлиньи перья и крылья бабочек, обусловлены не молекулами пигментов, а тем, как они устроены. Например, чешуйки хитина (полисахарида, характерного для насекомых) в крыльях бабочек расположены подобно черепице. По сути, они образуют дифракционную решетку, только фотонные кристаллы излучают только определенные цвета или длины волн света, а дифракционная решетка излучает весь спектр, подобно призме.

В случае павлиньих перьев переливающиеся цвета создаются благодаря регулярным периодическим наноструктурам барбул - волокноподобных компонентов, состоящих из упорядоченных меланиновых стержней, покрытых кератином. Разные цвета соответствуют разным расстояниям между барбулами.

И те, и другие представляют собой встречающиеся в природе примеры того, что физики называют фотонными кристаллами. Известные также как материалы с фотонной полосой пропускания, фотонные кристаллы являются "настраиваемыми", что означает, что они точно упорядочены таким образом, чтобы блокировать определенные длины волн света и пропускать другие. Измените структуру, изменив размер плиток, и кристаллы станут чувствительны к другой длине волны. (На самом деле радужный долгоносик может контролировать как размер своих чешуек, так и количество хитина, чтобы точно настроить цвета по необходимости.)

Еще лучше (с точки зрения применения) то, что восприятие цвета не зависит от угла обзора. А чешуйки служат не только для эстетики: они помогают защитить насекомое от внешних воздействий. Существует несколько типов искусственных фотонных кристаллов, но более детальное понимание того, как эти структуры растут в природе, может помочь ученым разработать новые материалы с похожими свойствами, например, радужные окна, самоочищающиеся поверхности для автомобилей и зданий или даже водонепроницаемый текстиль. Бумажные деньги могли бы включать в себя зашифрованные радужные узоры для защиты от фальшивомонетчиков.

Примеры случайного лазерного излучения в самых разных материалах - от окрашенных бычьих костей и скелетов голубых кораллов до крыльев насекомых, перьев попугаев и человеческих тканей, а также иридифоров лосося - уже приводились ранее. Авторов последнего исследования интересовало, смогут ли они получить подобное лазерное излучение с помощью павлиньих перьев и, как они надеются, определить конкретный механизм.

Достать павлиньи перья было несложно, учитывая их популярность в декоративно-прикладном искусстве, но авторы следили за тем, чтобы ни одно из перьев, использованных в экспериментах, не содержало примесей (например, красителей). Они отрезали лишние колючки и поместили перья на впитывающую подложку. Затем перья пропитали обычными красителями, нанеся раствор красителя прямо на перья и дав им высохнуть. В некоторых случаях перья окрашивались несколько раз. Затем они накачивали образцы импульсами света и измеряли возникающее излучение.

Команда наблюдала лазерное излучение в двух различных длинах волн для всех цветовых областей перьев' глазных точек, причем области зеленого цвета излучали наиболее интенсивный лазерный свет. Однако они не наблюдали лазерного излучения в перьях, которые окрашивались только один раз, а также в образцах перьев, прошедших несколько циклов смачивания и полной сушки. Вероятно, это связано с лучшей диффузией красителя и растворителя в барбулы, а также с возможным разрыхлением фибрилл в кератиновой оболочке.

Авторы не смогли определить точные микроструктуры, ответственные за свечение; похоже, что оно не связано с покрытыми кератином мелатониновыми стержнями. Соавтор работы Натан Доусон из Политехнического университета Флориды предположил Science, что белковые гранулы или подобные мелкие структуры внутри перьев могут функционировать как лазерный резонатор. Он и его коллеги считают, что в один прекрасный день их работа может привести к созданию биосовместимых лазеров, которые можно будет безопасно встраивать в человеческое тело в целях зондирования, визуализации и терапии.

Эта статья первоначально появилась на сайте Ars Technica.

Создание лазеров на основе биосовместимых технологий.