Pauwenveren zijn prachtig. Ze kunnen ook laserstralen uitzenden.

Pauwenveren worden zeer bewonderd om hun heldere iriserende kleuren, maar blijken ook laserlicht te kunnen uitzenden wanneer ze meerdere keren geverfd worden, volgens een artikel gepubliceerd in het tijdschrift Scientific Reports. Volgens de auteurs is dit het eerste voorbeeld van een biolaserholte in het dierenrijk.

Zoals eerder gemeld , komen de heldere iriserende kleuren in bijvoorbeeld pauwenveren en vlindervleugels niet voort uit pigmentmoleculen, maar uit de structuur ervan. De schubben van chitine (een polysacharide die veel voorkomt bij insecten) in vlindervleugels zijn bijvoorbeeld gerangschikt als dakpannen. In wezen vormen ze een diffractierooster , met dit verschil dat fotonische kristallen alleen bepaalde kleuren of golflengten van licht produceren, terwijl een diffractierooster het volledige spectrum produceert, net als een prisma.

In het geval van pauwenveren zijn het de regelmatige, periodieke nanostructuren van de baardjes – vezelachtige componenten bestaande uit geordende melaninestaafjes bedekt met keratine – die de iriserende kleuren produceren. Verschillende kleuren corresponderen met verschillende afstanden tussen de baardjes.

Beide zijn natuurlijk voorkomende voorbeelden van wat natuurkundigen fotonische kristallen noemen. Fotonische kristallen, ook wel fotonische bandgapmaterialen genoemd, zijn "instelbaar", wat betekent dat ze zo nauwkeurig geordend zijn dat ze bepaalde golflengtes van licht blokkeren en andere doorlaten. Verander de structuur door de grootte van de tegels aan te passen, en de kristallen worden gevoelig voor een andere golflengte. (De regenboogsnuitkever kan zelfs zowel de grootte van zijn schubben als de hoeveelheid chitine die gebruikt wordt, bepalen om die kleuren naar behoefte te verfijnen.)

Sterker nog (vanuit een praktisch oogpunt) is de kleurwaarneming niet afhankelijk van de kijkhoek. En de schalen zijn er niet alleen voor de esthetiek; ze helpen het insect te beschermen tegen de elementen. Er bestaan verschillende soorten door de mens gemaakte fotonische kristallen , maar een beter en gedetailleerder begrip van hoe deze structuren in de natuur groeien, zou wetenschappers kunnen helpen nieuwe materialen met vergelijkbare eigenschappen te ontwerpen, zoals iriserende ramen, zelfreinigende oppervlakken voor auto's en gebouwen, of zelfs waterdicht textiel. Papiergeld zou gecodeerde iriserende patronen kunnen bevatten om vervalsers te dwarsbomen.

Er zijn eerdere voorbeelden van willekeurige laseremissies in alles, van gekleurde runderbotten en blauwe koraalskeletten tot insectenvleugels , papegaaienveren en menselijk weefsel , evenals zalmiridiforen . De auteurs van deze meest recente studie waren geïnteresseerd in de vraag of ze vergelijkbare laseremissies konden produceren met pauwenveren en hopelijk het specifieke mechanisme konden identificeren.

Het was niet moeilijk om de pauwenveren te verkrijgen, gezien hoe populair ze zijn voor decoratieve en knutseldoeleinden, maar de auteurs zorgden er wel voor dat geen van de veren die ze in hun experimenten gebruikten onzuiverheden (zoals kleurstoffen) bevatte. Ze knipten overtollige baardjes weg en bevestigden de veren op een absorberend substraat. Vervolgens injecteerden ze de veren met gangbare kleurstoffen door de kleurstofoplossing er rechtstreeks op te pipetteren en te laten drogen. In sommige gevallen werden de veren meerdere keren gekleurd. Vervolgens besproeiden ze de monsters met lichtpulsen en maten ze de resulterende emissies.

Het team observeerde laseremissies in twee verschillende golflengtes voor alle kleurgebieden van de oogvlekken van de veren, waarbij de groene kleurgebieden het meest intense laserlicht uitzonden. Ze observeerden echter geen laseremissie bij veren die slechts één keer gekleurd waren, alleen bij monsters van veren die meerdere bevochtigings- en volledige droogcycli ondergingen. Dit is waarschijnlijk te wijten aan de betere diffusie van zowel kleurstof als oplosmiddel in de haartjes, evenals aan een mogelijke loslating van de fibrillen in de keratineschede.

De auteurs konden de precieze microstructuren die verantwoordelijk zijn voor de laserwerking niet identificeren; het lijkt niet te wijten te zijn aan de met keratine bedekte melatoninestaafjes. Coauteur Nathan Dawson van de Florida Polytechnic University suggereerde aan Science dat eiwitkorrels of vergelijkbare kleine structuren in de veren mogelijk als laserholte zouden kunnen functioneren. Hij en zijn collega's denken dat hun werk op een dag zou kunnen leiden tot de ontwikkeling van biocompatibele lasers die veilig in het menselijk lichaam kunnen worden ingebouwd voor sensorische, beeldvormende en therapeutische doeleinden.

Dit verhaal verscheen oorspronkelijk op Ars Technica .